JUNTAS
INDUSTRIALES
1ª Edicion1ª Edicion
JOSÉ CARLOS VEIGAJOSÉ CARLOS VEIGA
1
JOSÉ CARLOS VEIGA
JUNTAS
INDUSTRIALES
1a
Edición en Español
2
©
José Carlos Veiga, 2003
Reservados los derechos de este libro a,
José Carlos Carvalho Veiga
Av. Martin Luther King Jr....
3
Para mi esposa
MARIA ODETE
y mis hijos
Érico y Joyce
4
AGRADECIMIENTO
Agradezco al
Grupo TEADIT
cuyo apoyo ha sido
imprescindible para la
realización de esta obra
5
Prefacio
La idea de esta publicación surgió, por casualidad, al final de una conferencia
de entrenamiento técnico que hi...
6
7
SUMARIO
Capítulo 1 – Introducción ......................................................... 11
Capítulo 2 – Proyecto ......
8
11. Carton Isolit HT
............................................................................. 53
12. Fibra Cerámic...
9
13 Inconel ............................................................................................ 123
14 Titanio ....
10
Capítulo 10 –Juntas Camprofile .............................................. 199
1 Introducción .........................
11
CAPITULO
1
INTRODUCCION
Este libro fue preparado para permitir un mejor proyecto y aplicación de
juntas industriales. E...
12
• Proyecto y Nuevas Constantes de Juntas.
• Materiales para Juntas No-Metálicas.
• Juntas de Láminas Comprimidas.
• Jun...
13
CAPITULO
2
PROYECTO
1. PERDIDAS
Partiendo del principio de la inexistencia de “fuga cero”, si una junta está o no
perdi...
14
2. SELLADO
Si fuese económica y técnicamente viable la fabricación de bridas con
superficies planas y perfectamente lap...
15
• Carga de las bridas: es la fuerza que comprime las bridas contra la
junta. Inicialmente es igual a la fuerza de los b...
16
El Apéndice II, del mismo capítulo, requiere que el cálculo de una unión
bridada con apriete por bulones sea hecho para...
17
4.3. AREA DE LOS TORNILLOS
Enseguida, se debe calcular el área mínima de los tornillos Am
:
Am1
= (Wm1
) / Sb
(ec. 2.3)...
18
0.50
1.00
1.25
2.00
2.75
3.50
1.75
3.00
2.50
2.75
3.00
3.25
3.50
2.75
3.00
3.25
3.50
3.75
3.25
3.50
3.75
3.50
3.75
3.25...
19
20
Tabla 2.2 (Continuación)
Localización de la Fuerza de Reacción de la Junta
5. SIMBOLOGIA
Ab
= área real del tornillo en...
21
P = presión de proyecto (1bs/pul2
)
Sa
= tensión máxima admisible en los tornillos a temperatura ambiente (1b/pul2
)
Sb...
22
Donde:
a = ángulos de inclinación de la rosca.
d = diámetros de los tornillos.
Fp
= fuerza de apriete del tornillo.
Fa
...
23
l/4
5/16
3/8
7/16
l/2
9/16
5/8
3/4
7/8
1
1 1/8
1 1/4
1 3/8
1 1/2
1 5/8
1 3/4
1 7/8
2
20
18
16
14
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12
11
10
9
8
7
7
6
...
24
En el caso de las juntas metálicas sólidas, es necesaria una fuerza muy elevada
para que se “escurra” el material en la...
25
7.3. ACABADO SUPERFICIAL Y SELLABILIDAD
A continuación, algunas reglas que se deben tener en cuenta al compatibilizar
e...
26
Metálica corrugada con
revestimiento de amianto
Metalflex (espiro metálica)
Tipo
Teadit
810
820
900
905
911
913
914
920...
27
9. PLANITUD DE LAS SUPERFICIES DE SELLADO
La variación en la planitud de las superficies de sellado (Figura 2.5) depend...
28
10.2. CARA CON RESALTE
Junta no confinada (Figura 2.7). Las superficies de contacto levan un resalte de
1.6 mm o 6.4 mm...
29
10.4. MACHO Y HEMBRA
Junta semi-confinada (Figura 2.9). El tipo más común es el de la izquierda. La
profundidad de la h...
30
10.6. RING-JOINT
También llamado anillo API (Figura 2.11). Ambas bridas poseen canales con
paredes en ángulo de 230
. L...
31
prácticos entonces obtenidos. Hasta la edicione de este libro, ASME aún no había
publicado la nueva metodología de cálc...
32
deflexión Dg. Manteniendo Sg constante la presión es elevada hasta
llegar a 100 psi. En este instante la perdida Lrm
es...
33
Figura 2.14
De los trabajos realizados por la Universidad de Montreal se obtuvieron varias
conclusiones entre las cuale...
34
Colocando en escala logarítmica los valores experimentales del Parámetro de
Apriete tenemos el gráfico de la Figura 2.1...
35
Lamina comprimida con fibra de amianto
1.6 mm de espesor
3.2 mm de espesor
Lamina comprimida con 1.6 mm de espesor
Tead...
36
La figura 2.16 muestra el gráfico de una junta espiralada tipo 913 de acero
inoxidable y Graflex.
Figura 2.16
11.2. CLA...
37
Podemos visualizar los valores propuestos dando un ejemplo práctico. Si
tomáramos una junta espiralada para brida ASME ...
38
11.4. PROCEDIMENTO DE CALCULO POR EL METODO PVRC
El método propuesto por el PVRC presenta varias simplificaciones para
...
39
• Calcular el parámetro de apriete de montaje, Tpa
. Este valor de Tpa
debe
ser alcanzado durante el montaje de la junt...
40
• Número de bulones:
El área real de los bulones, Ab
, debe ser igual o mayor que Am
. Para eso
es necesario escoger un...
41
• Parámetro de apriete de montaje
Tpa
= X Tpmin
= 1.5 ( 172 / 122 ) 36.0462 = 76.229
• Razón de los parámetros de aprie...
42
12.1 CALCULO DE LA FUERZA MAXIMA DE APRIETE
A continuación está descripto el método para calcular el apriete máximo
adm...
43
• Si el valor de Wmax
fuera menor que Wmo
la combinación de las juntas y
los bulones no es adecuada para la aplicación....
44
• Presión de aplastamiento máxima, menor valor entre Sya
y Sym
:
Sys = 110 MPa
• Calcular la fuerza de aplastamiento má...
45
CAPITULO
3
MATERIALES
PARA JUNTAS NO-METALICAS
1. CRITERIOS DE SELECCION
La elección de un material para junta no metál...
46
• Punto de condensación: el pasaje del fluido con presencia de azufre y
agua por el punto de condensación, común en gas...
47
4. POLITETRAFLUOROETILENO ( PTFE )
Desarrollado por Du Pont, que lo comercializa con la marca Teflón®
, el PTFE
en sus ...
48
Tipo
Refuerzo
Aplicación
TJR
Lámina lisa de acero
inoxidable 316L
Servicios generales,
vapor, hidrocarburos
TJE
Lámina ...
49
Tipo
Presentación
Aplicación
Rollos de
TJI
Cinta lisa con
adhesivo
Sellado de
conexiones roscadas
12.7 x 8 000 ou 25.4
...
50
6.3. GOMA NATURAL (NR)
Posee buena resistencia a las sales inorgánicas, amoníaco, acidos débiles y
álcalis; poca resist...
51
6.10. HYPALON
Elastómero de la familia del Neoprene
, posee excelente resistencia al Ozono,
luz solar, productos ...
52
Los tejidos con hilo texturizado, proceso que eleva el volumen del hilo, poseen
mayor resistencia mecánica, por eso son...
53
11. CARTON ISOLIT HT®
En función de las restricciones existentes al manoseo de Amianto, el Isolit HT
es la alternativa ...
54
ANEXO 3.1
COMPATIBILIDAD QUÍMICA DEL GRAFLEX®
Fluidos
Acetato de Monovinilo
Acetato Izo propílico
Acetona
Ácido Acético...
55
Fluidos
Alcohol Izo Propílico
Alcohol Metílico
Anhídrido Acético
Anilina
Benceno
Bi fluoruro de Amoníaco
Bromo
Cellosol...
56
Fluidos
Flúor
Gasolina
Glicerina
Hexaclorobenceno
Hidrato de Cloral
Hidrocloruro de Anilina
Hidróxido de Aluminio
Hidró...
57
ANEXO 3.2
RESISTENCIA QUÍMICA DE ELASTÓMEROS PARA JUNTAS
1: buena resistencia 3: sin información
2: resistencia regular...
58
ANEXO 3.2 ( Continuación )
RESISTENCIA QUÍMICA DE ELASTÓMEROS PARA JUNTAS
Fluido NBR
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4
4
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CAPITULO
4
JUNTAS EN
LAMINAS COMPRIMIDAS
1. LAMINAS COMPRIMIDAS TEADIT
Son fabricadas a partir de la vulcanización bajo...
64
2.1 FIBRAS
Las fibras poseen la función estructural, determinando, principalmente las
características de elevada resist...
65
propia junta. La tela también dificulta el corte de la junta y debe ser usada solamente
cuando es estrictamente necesar...
66
2.6.3 RETENCION DE TORQUE
Medida de acuerdo con la norma ASTM F38, indica la capacidad del material en
mantener el apri...
67
Para las Láminas Comprimidas Teadit del tipo NA (No Amianto), fueron
determinadas las curvas P x T que representan el c...
68
3.3.2. TIPO 820 FF ( FULL FACE )
El tipo 820 o FF (Figura 4.2) es una junta que se extiende hasta el diámetro
externo d...
69
Diámetro Externo
Diámetro Interno
Círculo de Agujeros
Centro a centro de los agujeros de los bulones
3.7 TOLERANCIAS
La...
70
Figura 4.3
4.2 CHAFLANADA
Cuando la fuerza de aplastamiento no fuera suficiente, pueden ser hechas
enmiendas chaflanada...
71
5. ESPESOR
El Código ASME recomienda tres espesores para aplicaciones industriales:
1/32" ( 0.8 mm ), 1/16" (1.6 mm ) y...
Juntas industriales
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Juntas industriales

  1. 1. JUNTAS INDUSTRIALES 1ª Edicion1ª Edicion JOSÉ CARLOS VEIGAJOSÉ CARLOS VEIGA
  2. 2. 1 JOSÉ CARLOS VEIGA JUNTAS INDUSTRIALES 1a Edición en Español
  3. 3. 2 © José Carlos Veiga, 2003 Reservados los derechos de este libro a, José Carlos Carvalho Veiga Av. Martin Luther King Jr., 8939 21530-010 Rio de Janeiro - RJ Impreso en Brasil / Printed in Brazil Obra Registrada bajo el número 173.856 Libro 293 hoja 3 Fundación Biblioteca Nacional – Ministerio de Cultura Tapa Alexandre Sampaio Diseños Altevir Barbosa Vidal Revisión Josie Fernandez Traducción Clibia Calvet Ehrlich Segreto BrasilformChesterman indústria Gráfica Tirada : 2000 ejemplares Veiga, José Carlos Juntas Industriales / José Carlos Veiga – 1a Edición en Espanhol, Rio de Janeiro, RJ : Brasil, 2003. Datos bibliográficos del autor. Bibliografía. Libro publicado con el apoyo de Teadit Industria e Comércio Ltda. 1. Juntas (Ingeniería). 2. Juntas Industriales (Mecánica). I Título
  4. 4. 3 Para mi esposa MARIA ODETE y mis hijos Érico y Joyce
  5. 5. 4 AGRADECIMIENTO Agradezco al Grupo TEADIT cuyo apoyo ha sido imprescindible para la realización de esta obra
  6. 6. 5 Prefacio La idea de esta publicación surgió, por casualidad, al final de una conferencia de entrenamiento técnico que hicimos en un cliente, cuando uno de los participantes nos preguntó por qué no organizábamos todas las informaciones y los ejemplos que habíamos presentado en un libro, ya que él no había logrado encontrar nada parecido en el mercado. Decidimos, entonces, agrupar y ordenar todo el conocimiento que nuestros ingenieros tenían en su poder, con las informaciones de aplicaciones de productos recibidas de nuestros clientes y como resultado de la actuación de nuestra Ingeniería de Aplicaciones en el mercado para que pudiésemos establecer una relación correcta entre la teoría y la práctica. Examinamos la evolución de la tecnología de sellado de fluidos en la condición privilegiada de fabricante presente, hace más de 50 años, en ese mercado y de miembro efectivo de las principales organizaciones mundiales del sector (FSA- Fluid Sealing Association, ESA- European Sealing Association, ASTM, entre otras): de esta forma logramos ubicar la experiencia del pasado con los datos y tendencias del presente. Los temas contenidos en este libro están colocados de manera a facilitar la consulta, creando un conjunto de informaciones que pueda ser útil a los técnicos que trabajan en este sector, en las empresas de proyeto y en las universidades, entre otros, respondiendo a una gran mayoría de las situaciones que ocurren en el diario acontecer de las industrias. Grupo TEADIT
  7. 7. 6
  8. 8. 7 SUMARIO Capítulo 1 – Introducción ......................................................... 11 Capítulo 2 – Proyecto .......................................................................... 13 1. Pérdidas.......................................................................................... 13 2. Sellado............................................................................................ 14 3. Fuerza en una unión bridada.......................................................... 14 4. Código ASME................................................................................ 15 5. Simbología ..................................................................................... 20 6. Cálculo del Torque de Ajuste de los Tornillos .............................. 21 7. Acabado Superficial de las Bridas................................................. 23 8. Paralelismo de la Superficie de Sellado ........................................ 25 9. Planitud de la Superficie de Sellado .............................................. 27 10. Tipos de Bridas .............................................................................. 27 11. Las Nuevas Constantes de Juntas .................................................. 30 12. Aplastamiento Máximo ................................................................. 41 Capítulo 3 – Materiales para Juntas No-Metálicas ................ 45 1. Criterios de Selección .................................................................... 45 2. Factor P x T o Factor de Servicio .................................................. 46 3. Lamina Comprimida ...................................................................... 46 4. Politetrafluoretileno – PTFE.......................................................... 47 5. Grafito Flexible – Graflex  . ......................................................... 47 6. Elastómeros.................................................................................... 49 7. FibraCelulosa.................................................................................. 51 8. Corcho ............................................................................................ 51 9. Tejidos y Cintas ............................................................................. 51 10. Cartón de Amianto......................................................................... 52
  9. 9. 8 11. Carton Isolit HT ............................................................................. 53 12. Fibra Cerámica............................................................................... 53 13. Beater Addition.............................................................................. 53 14. Cartón Teaplac . ........................................................................... 53 Capítulo 4 – Juntas en Laminas Comprimidas....................... 63 1. Laminas Comprimidas Teadit........................................................ 63 2. Composición y Características ...................................................... 63 3. Proyecto de Juntas con Laminas Comprimidas............................. 66 4. Juntas de Grandes Dimensiones .................................................... 69 5. Espesor ........................................................................................... 71 6. Fuerza de Apriete en los Bulones .................................................. 71 7. Acabado de las Juntas .................................................................... 71 8. Acabado de las Superficies de Sellado de las Bridas .................... 71 9. Almacenamiento ............................................................................ 72 10. Laminas Comprimidas Teadit Sin Amianto .................................. 72 11. Laminas Comprimidas Teadit Con Amianto ................................... 76 Capítulo 5 – Juntas en PTFE .................................................... 93 1. Politetrafluoretileno – PTFE.......................................................... 93 2. Tipos de Placas de PTFE ............................................................... 93 3. TEALON* - Placas de PTFE Aditivado ........................................ 95 4. PTFE Expandido Quimflex® . ......................................................... 101 5. Juntas Tipo 933 Envelope en PTFE ................................................ 105 Capítulo 6 – Materiales para Juntas Metálicas...................... 121 1 Consideraciones Iniciales ................................................................ 121 2 Acero al Carbono ........................................................................... 122 3 Acero Inoxidable AISI 304 ............................................................. 122 4 Acero Inoxidable AISI 304L ........................................................... 122 5 Acero Inoxidable AISI 316 ............................................................. 122 6 Acero Inoxidable AISI 316L ........................................................... 122 7 Acero Inoxidable AISI 321 ............................................................. 122 8 Acero Inoxidable AISI 347 ............................................................. 123 9 Monel .............................................................................................. 123 10 Níquel 200 ...................................................................................... 123 11 Cobre .............................................................................................. 123 12 Aluminio.......................................................................................... 123
  10. 10. 9 13 Inconel ............................................................................................ 123 14 Titanio ............................................................................................. 123 Capítulo 7 –Juntas Metalflex . ............................................... 133 1 Lo que es una Junta Metalflex . ...................................................... 133 2 Materiales ........................................................................................ 134 3 Densidad ......................................................................................... 136 4 Dimensionamiento ........................................................................... 136 5 Espesor ........................................................................................... 137 6 Limitaciones Dimensionales y de Espesor ...................................... 137 7 Tolerancias de Fabricación ............................................................. 138 8 Acabado de las Superficies de Sellado ........................................... 138 9 Presión de Aplastamiento................................................................ 139 10 Tipos............................................................................................... 139 11 Juntas Tipo 911 ............................................................................... 139 12 Juntas de Acuerdo con la Norma ASME B16.20......................... 142 13 Otras Normas.................................................................................. 146 14 Dimensiones de Juntas Tipo 913 Especiales ................................... 146 15 Juntas Tipo 912 ............................................................................... 148 16 Juntas Tipo 914 ............................................................................... 148 Capítulo 8 –Juntas Metalbest . .......................................... 165 1 Lo que es una Junta Metalbest  . .................................................... 165 2 Metales............................................................................................ 166 3 Relleno ............................................................................................ 166 4 Dimensionamiento ........................................................................... 166 5 Principales Tipos y Aplicaciones .................................................... 166 6 Juntas para Intercambiadores de Calor ........................................... 169 7 Juntas Tipo 927 para Intercambiadores de Calor ............................ 175 Capítulo 9 –Juntas Metálicas ............................................... 179 1 Definición........................................................................................ 179 2 Juntas Metálicas Planas ................................................................... 179 3 Materiales ........................................................................................ 180 4 Acabado de la Superficie de Sellado .............................................. 180 5 Tipos de Juntas Metálicas Planas .................................................... 180 6 Ring Joints ...................................................................................... 184
  11. 11. 10 Capítulo 10 –Juntas Camprofile .............................................. 199 1 Introducción ..................................................................................... 199 2 Materiales .......................................................................................... 201 3 Limites de Operación ........................................................................ 202 4 Cálculo de Torque ............................................................................ 202 5 Ejemplo de Aplicación ...................................................................... 203 6 Acabado Superficial.......................................................................... 205 7 Dimensionamiento ............................................................................. 205 8 Formatos........................................................................................... 206 9 Juntas Camprofile Flanges ASME B16.5 .......................................... 206 Capítulo 11 –Juntas para Aislamiento Eléctrico.................... 211 1 Corrosión Electroquímica ................................................................. 211 2 Protección Catódica ......................................................................... 213 3 Sistema de Aislamiento de las Bridas ................................................ 213 4 Especificación de los Material de las Juntas...................................... 217 Capítulo 12 –Instalación y Emisiones Fugitivas .................... 219 1 Procedimiento de Instalación ............................................................. 219 2 Aplicación del Ajuste ........................................................................ 220 3 Tensiones Admisibles en los Bulones ............................................... 220 4 Causas de Pérdidas........................................................................... 221 5 Bridas Muy Separadas, Inclinadas o Desalineadas ............................ 221 6 Carga Constante................................................................................ 222 7 EmisionesFugitivas........................................................................... 225 Capítulo 13 –Factores de Conversión ..................................... 231 Bibliografía ............................................................................................... 233
  12. 12. 11 CAPITULO 1 INTRODUCCION Este libro fue preparado para permitir un mejor proyecto y aplicación de juntas industriales. El exito en diversos países, especialmente en Brasil, lo tornó una referencia para quien trabaja, utiliza y especifica Juntas Industriales. Esta 1ª Edición en Español, revisada y ampliada de los originales en lengua portuguesa, incorpora todos los avances conseguidos en la tecnología de juntas, ocurridos desde la publicación de las ediciones anteriores. Al analizar pérdidas, que, a primera vista, son causadas por la deficiencia de las juntas, se verifica, después de un análisis más cuidadoso, que poca atención fue dado a detalles como: • Proyecto de las bridas y de las juntas. • Selección correcta de los materiales de la junta. • Procedimientos de instalación. Los grandes problemas enfrentados en las industrias, como explosiones, incendios y polución, causados por fugas, pueden ser evitados con proyectos y aplicación correcta de las juntas. En los últimos años los límites tolerables de emisiones fugitivas están siendo reducidos obligando a las industrias a adoptar procedimientos de control cada vez más rigurosos. El objetivo de este libro es ayudar a prevenir estos accidentes, propiciando un mayor conocimiento sobre juntas industriales, especialmente las de láminas comprimidas y las espiraladas Metalflex® , sin duda las más usadas en aplicaciones industriales. Las condiciones existentes en las industrias brasileras fueron cuidadosamente consideradas. Materiales y tipos de juntas no disponibles o difíciles de encontrar fueron obviados, enfocándose, principalmente, aquellas más comunes y de larga aplicación. Este libro está dividido en capítulos que cubren los siguientes temas:
  13. 13. 12 • Proyecto y Nuevas Constantes de Juntas. • Materiales para Juntas No-Metálicas. • Juntas de Láminas Comprimidas. • Juntas en PTFE. • Materiales para Juntas Metálicas. • Juntas Metalflex® . • Juntas Metalbest® . • Juntas Metálicas. • Juntas Camprofile. • Juntas para Aislamiento Eléctrico. • Instalación y Emisiones Fugitivas. • Factores de conversión. El autor desea recibir comentarios y sugerencias que podrán ser enviados a la Av. Martin Luther King Jr., 8939, 21530-010, Rio de Janeiro - RJ - Brasil
  14. 14. 13 CAPITULO 2 PROYECTO 1. PERDIDAS Partiendo del principio de la inexistencia de “fuga cero”, si una junta está o no perdiendo depende del método de medición o criterio usado. En ciertas aplicaciones, el índice de pérdida máximo puede ser, por ejemplo, hasta una gota de agua por segundo. En otras puede ser presencia, o no, de burbujas de jabón cuando el equipamiento estuviera sometido a una determinada presión. Condiciones más rigurosas pueden hasta exigir test con espectrómetros de masa. En el establecimiento de criterios para medir las fugas máximas admisibles se debe considerar: • Fluido a ser sellado. • Impacto para el medio ambiente, si el fluido escapa a la atmósfera. • Peligro de incendio o explosión. • Limites de Emisiones Fugitivas. • Otros factores relevantes en cada situación. En aplicaciones industriales, es común definir como “fuga cero” una perdida de helio entre 10-4 y 10-8 cm3 /seg. El Centro Espacial Johnson (NASA), en Houston, Texas, establece un valor de 1.4 X 10-3 cm3 /seg de N2 a 300 psig y temperatura ambiente. Como referencia, podemos establecer que una gota de fluido tiene un volumen medio de 0.05cm3 . Serian necesarias, por lo tanto, 20 gotas para hacer 1cm3 . Este es un valor de referencia muy útil para establecer la perdida máxima tolerada en aplicaciones industriales. Con el advenimiento del control de Emisiones Fugitivas se establece inicialmente el limite de 500 ppm (partes por millón) como el valor máximo admisible de pérdidas para bridas. Este valor está siendo cuestionado como muy elevado e algunas organizaciones de control del medio ambiente lo están limitando a 100 ppm. La taza de pérdidas es un concepto relativo y, en situaciones críticas, debe ser cuidadosamente establecido.
  15. 15. 14 2. SELLADO Si fuese económica y técnicamente viable la fabricación de bridas con superficies planas y perfectamente lapidadas y si aún consiguiésemos mantener estas superficies en contacto permanente, no necesitaríamos de juntas. Esta imposibilidad económica y técnica es causada por: • Tamaño del vaso y/o de las bridas. • Dificultad en mantener estas superficies extremadamente lisas durante el manoseo y/o montaje del vaso o cañería. • Corrosión o erosión, con el tiempo, de las superficies de sellado. Para contornear esta dificultad, las juntas son utilizadas como elemento de sellado. Una junta, al ser apretada contra las superficies de las bridas rellena las imperfecciones entre ellas, proporcionando el sellado. Por lo tanto, para conseguir un sellado satisfactorio, cuatro factores deben ser considerados: • Fuerza de aplastamiento inicial: debemos proveer una forma adecuada de aplastar la junta, de modo que ella rellene las imperfecciones de las bridas. La presión mínima de aplastamiento esta normalizada por la Norma ASME (American Society of Mechanical Engineers) y será mostrada más adelante. Esta fuerza de aplastamiento debe ser limitada para no destruir la junta por aplastamiento excesivo. • Fuerza de sellado: debe haber una presión residual sobre la junta, de modo a mantenerla en contacto con las superficies de las bridas, evitando pérdidas. • Selección de los materiales: los materiales de la junta deben resistir las presiones a las cuales la junta será sometida y al fluido de sellado. La correcta selección de materiales será mostrada al largo de este libro. • Acabado superficial: para cada tipo de junta y/o material existe un acabado recomendado para las superficies de sellado. El desconocimiento de estos valores es una de las principales causas de pérdidas. 3. FUERZAS EN UNA UNION BRIDADA La figura 2.1 muestra las principales fuerzas actuantes en una unión bridada. • Fuerza radial: es originada por la presión interna y tiende a expulsar a la junta. • Fuerza de separación: es también originada por la presión interna y tiende a separar las bridas. • Fuerza de los bulones: es la fuerza total ejercida por el apriete de los bulones.
  16. 16. 15 • Carga de las bridas: es la fuerza que comprime las bridas contra la junta. Inicialmente es igual a la fuerza de los bulones, después de la presurización del sistema es igual a la fuerza de los bulones menos la fuerza de separación. Figura 2.1 La fuerza de los bulones, aplicada inicialmente sobre la junta, además de aplastarla debe: • compensar la fuerza de separación causada por la presión interna. • ser suficiente para mantener una presión residual sobre la junta, evitando la perdida del fluido. Del punto de vista práctico, la presión residual debe ser “x” veces la presión interna, de modo de mantener el sellado. Este valor de “x” es conocido como factor “m” en el Código ASME y varia en función del tipo de junta. El valor de “m” es la razón entre la presión residual (fuerza de los bulones menos la fuerza de separación) sobre la junta y la presión interna del sistema. Cuanto mayor es el valor de “m”, mayor será la seguridad del sistema contra pérdidas. 4. CODIGO ASME El Capítulo 8 del Código ASME (American Society of Mechanical Engineers) establece los criterios para el proyecto de juntas y los valores de “m” (factor de la junta) y de “y” (presión mínima de aplastamiento). Estos valores no son obligatorios, más se basan en resultados de aplicaciones practicas ya sucedidas. Los proyectistas tienen la libertad de usar valores diferentes, siempre que los datos disponibles indiquen esta necesidad.
  17. 17. 16 El Apéndice II, del mismo capítulo, requiere que el cálculo de una unión bridada con apriete por bulones sea hecho para las dos condiciones independientes, de operación y de aplastamiento. Nota: el siguiente procedimiento de cálculo debe ser usado siempre en unidades inglesas de medida. 4.1 CONDICIONES OPERACIONALES Esta condición determina una fuerza mínima, por la ecuación: Wm1 = ( (π G2 P / 4 ) + (2 b π G m P) (ec. 2.1) (ver simbología en 5., de este capítulo) Esta ecuación establece que la fuerza mínima de los tornillos necesaria para las condiciones operacionales es igual a la suma de las fuerzas de presión más una carga residual sobre la junta multiplicada por un factor y por la presión interna. O, interpretando de otra manera, esta ecuación establece que la fuerza de los tornillos debe ser tal que siempre exista una presión residual sobre la junta, mayor que la presión interna del fluido. El Código ASME sugiere los valores mínimos del factor “m” para los diversos tipos de juntas, como se muestra en la Tabla 2.1. 4.2. APLASTAMIENTO La segunda condición determina una fuerza mínima de aplastamiento de la junta, sin tener en cuenta la presión de trabajo. Esta fuerza se calcula según la siguiente fórmula: Wm2 = π b G y (ec. 2.2) donde “b” es definido como el ancho efectivo de la junta e “y” es el valor de presión mínima de aplastamiento, obtenida en la Tabla 2.1. El valor de “b” es calculado por: b = b0 , cuando b0 es igual o menor que 6.4 mm (1/4") o b = 0.5 ( b0 ) 0.5 cuando b0 es mayor que 6.4 mm (1/4") El Código ASME también define como se debe calcular b0 en función de la cara de la brida, como se muestra en las Tablas 2.1 y 2.2.
  18. 18. 17 4.3. AREA DE LOS TORNILLOS Enseguida, se debe calcular el área mínima de los tornillos Am : Am1 = (Wm1 ) / Sb (ec. 2.3) Am2 = (Wm2 ) / Sa (ec. 2.4) donde Sb es la tensión máxima admisible, en los tornillos a la temperatura de operación y Sa es la tensión máxima admisible en los tornillos a la temperatura ambiente. El valor de Am debe ser el mayor de los valores obtenidos en las ecuaciones 2.3 y 2.4. 4.4. CALCULO DE LOS TORNILLOS Los tornillos deben ser dimensionados de modo que la suma de sus áreas sea igual o mayor que Am : Ab = (número de tornillos) x (área mínima del tornillo, pul2 ) El área resistiva de los tornillos Ab debe ser mayor o igual a Am. 4.5. PRESION MAXIMA SOBRE LA JUNTA La presión máxima sobre la junta es calculada por la fórmula: Sg(max) = (Wm ) / ((π/4) (de2 - di2 ) )) (ec. 2.5) ou Sg(max) = (Wm ) / ((π/4) ( (de - 0,125)2 - di2 )) ) (ec. 2.6) Donde Wm es el mayor valor de Wm1 o Wm2. La ecuación 2.6 debe ser usada para juntas Metalflex y la ecuación 2.5 para los demás tipos de juntas. El valor de Sg, calculado por las ecuaciones 2.5 o 2.6, debe ser menor que la presión de aplastamiento máxima que la junta es capaz de resistir. Si el valor de Sg fuera mayor, escoger otro tipo o, cuando esto no fuera posible, aumentar el área de la junta o proveer al conjunto brida/junta de medios para que la fuerza de aplastamiento no sobrepase el máximo admisible. Los anillos internos y las guías centradoras en las juntas Metalflex son ejemplos de medios para evitar el aplastamiento excesivo
  19. 19. 18 0.50 1.00 1.25 2.00 2.75 3.50 1.75 3.00 2.50 2.75 3.00 3.25 3.50 2.75 3.00 3.25 3.50 3.75 3.25 3.50 3.75 3.50 3.75 3.25 3.50 3.75 3.75 4.25 4.00 4.75 5.50 6.00 6.50 5.50 6.00 6.50 0 200 400 1600 3700 6500 1100 10000 2900 3700 4500 5500 6500 3700 4500 5500 6500 7600 5500 6500 7600 8000 9000 5500 6500 7600 9000 10100 8800 13000 18000 21800 26000 18000 21800 26000 plana plana plana 911, 913 914 926 900 923 941, 942 940 950, 951 II II II II II II II II I I (la) (lb) (1c) (1d) (4) (5) (la) (lb) (1c) (1d) (4) (5) (la) (lb) (1c) (1d) (4) (5) (la) (1b) (la) (1b) (la) (1b) (1c) (1d) (la) (1b) (1c) (1d) (2) (6) (la) (1b) (1c) (1d) (2) (3) (la) (1b) (1c) (1d) (2) (3) (4) (5) Goma – abajo de 75 Shore A - arriba de 75 Shore A - c/refuerzodeteladealgodón Lamina Comprimida 3.2 mm espesor 1.6 mm espesor 0.8 mm espesor Fibra vegetal Metalflex acero inoxidable o Monel y relleno de Amianto Doble camisa metálica corrugada Aluminio Cobre o Latón Acero Carbono Monel Aceros inoxidables Corrugada metálica Aluminio Cobre o Latón Acero Carbono Monel Aceros inoxidables Doble camisa metálica corrugada Aluminio Cobre o Latón Acero Carbono Monel Aceros inoxidables Metálica ranuradaAluminio Cobre o Latón Acero Carbono Monel Aceros inoxidables Metálica sólida Aluminio Cobre o Latón Acero Carbono Monel Aceros inoxidables Ring Joint Acero Carbono Monel Aceros inoxidables Material de la junta m y (psi) Perfil o tipo Superficie de sellado Columna b0 Tabla 2.1 Factor de la junta (m) y presión mínima de aplastamiento (y)
  20. 20. 19
  21. 21. 20 Tabla 2.2 (Continuación) Localización de la Fuerza de Reacción de la Junta 5. SIMBOLOGIA Ab = área real del tornillo en la raíz de la rosca o en la sección de menor área bajo tensión. (pul2 ) Am = área total mínima necesaria para los tornillos, tomada como el mayor valor entre Am1 y Am2 (pul2 ). Am1 = área total mínima de los tornillos calculada para las condiciones operacionales (pul2 ) Am2 = área total mínima de los tornillos para aplastar la junta (pul2 ) b = ancho efectivo de la junta o ancho de contacto de la junta con la superficie de las bridas (pul) b0 = ancho básico de aplastamiento de la junta (pul) de = diámetro externo de la junta (pul) di = diámetro interno de la junta (pul) G = diámetro de los puntos de aplicación de la resultante de las fuerzas de reacción de la junta, Tabla 2.2 (pul) m = factor de la junta, Tabla 2.1 N = ancho radial usado para determinar el ancho básico de la junta, Tabla 2.2 (pul).
  22. 22. 21 P = presión de proyecto (1bs/pul2 ) Sa = tensión máxima admisible en los tornillos a temperatura ambiente (1b/pul2 ) Sb = tensión máxima admisible en los tornillos a temperatura de operación (1b/pul2 ) Sg = presión sobre la superficie de la junta (1b/pul2 ) Wm = fuerza mínima de instalación de la junta (1b) Wm1 = fuerza mínima necesaria en los tornillos en las condiciones de operación (1b) Wm2 = fuerza mínima necesaria en los tornillos para aplastar la junta (1b) y = presión mínima de aplastamiento, Tabla 2.1 (1b/pul2 ) 6. CALCULO DE TORQUE DE APRIETE DE LOS TORNILLOS 6.1. FACTORDEFRICCION La fuerza de fricción es la principal responsable por el mantenimiento de la fuerza de apriete de un tornillo. Imaginando un filete de rosca “desenrollado”, podemos representarlo por un plano inclinado. Al aplicar un torque de apriete, el efecto producido es semejante al de empujar un cuerpo sobre un plano inclinado sujeto a las fuerzas mostradas en la Figura 2.2. Figura 2.2
  23. 23. 22 Donde: a = ángulos de inclinación de la rosca. d = diámetros de los tornillos. Fp = fuerza de apriete del tornillo. Fa = fuerza de fricción. Fn = fuerza normal a la rosca. k = factor de ajuste. Np = número de tornillos. r = radio del tornillo. T = torque aplicado al tornillo. u = coeficiente de fricción. Haciendo el equilibrio de fuerzas actuantes en el sentido paralelo al plano inclinado, tenemos: (T/r) cos a = uFn + Fp sen a. (ec. 2.7) en sentido perpendicular al plano inclinado, tenemos: Fn = Fp cos a + (T/r) sen a (ec. 2.8) Siendo el ángulo de la rosca muy pequeño, para facilitar el calculo despreciaremos el termino (T/r) sen a en la ecuación 2.8. Sustituyendo el valor de Fn en la ecuación 2.7, tenemos: (T/r) cos a = uFp cos a + Fp sen a (ec. 2.9) calculando el valor de T, tenemos: T = Fp r (u + tg a) (ec. 2.10) Como el coeficiente de fricción es constante para una determinada condición de lubricación, y tg a también es constante para cada rosca, sustituyendo r por d, tenemos: T = kFp d (ec. 2.11) donde k es un factor determinado experimentalmente. Los valores de k para tornillos de acero lubricados con aceite y grafito se muestran en la Tabla 2.3. Los valore se basan en tests prácticos. Tornillos no lubricados presentan aproximadamente el 50% de diferencia. Diferentes lubricantes pueden dar valores distintos de los mostrados en la Tabla 2.3, que deben ser determinados en tests prácticos.
  24. 24. 23 l/4 5/16 3/8 7/16 l/2 9/16 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 1 1/4 1 3/8 1 1/2 1 5/8 1 3/4 1 7/8 2 20 18 16 14 13 12 11 10 9 8 7 7 6 6 5 1/2 5 5 4 1/2 0.23 0.22 0.18 0.19 0.20 0.21 0.19 0.17 0.17 0.18 0.20 0.19 0.20 0.18 0.19 0.20 0.21 0.19 17 29 44 60 81 105 130 195 270 355 447 574 680 834 977 1125 1322 1484 Diámetro Nominal pul Filetes por pulgada Factor de Fricción k Área de la raíz de la rosca mm2 6.2. TORQUE DE APRIETE Para calcular el torque de apriete debemos verificar cual es el mayor valor de la fuerza de ajuste necesaria, Wm1 o Wm2 , conforme calculado en las ecuaciones 2.1 y 2.2. Sustituyendo en las ecuaciones 2.11, tenemos: T1 = (k Wm1 d) / Np (ec. 2.12) T2 = (k Wm2 d) / Np (ec. 2.13) El valor de T debe ser el mayor de los valores obtenidos en las ecuaciones 2.12 y 2.13. Tabla 2.3 TORNILLOS O ESPARRAGOS EN ACERO O ACERO CON ALEACIONES 7. ACABADO SUPERFICIAL DE LAS BRIDAS Para cada tipo de junta existe un acabado recomendado para la superficie de la brida. Este acabado no es obligatorio, mas se basan en resultados de aplicaciones practicas exitosas. Como regla general es necesario que la superficie sea ranurada para las juntas no metálicas. Juntas metálicas exigen acabados lisos y las semi-metálicas ligeramente áspero. La razón de esta diferencia es que las juntas no metálicas precisan ser “mordidas” por la superficie de sellado, evitando, de este modo, una extrusión o expulsión de la junta por la fuerza radial.
  25. 25. 24 En el caso de las juntas metálicas sólidas, es necesaria una fuerza muy elevada para que se “escurra” el material en las imperfecciones de la brida. Así que cuanto más lisa sea la superficie, menores serán las posibilidades de pérdidas. Las juntas espiraladas Metalflex requieren un poco de rugosidad para evitar el “deslizamiento” bajo presión. El tipo de la junta, por lo tanto, determinará el acabado de la superficie de sellado, no existiendo un acabado único para atender a los diversos tipos de juntas. El material de la junta debe tener una dureza siempre menor a la de la brida, de modo que el aplastamiento sea siempre en la junta, manteniendo el acabado superficial de la brida inalterado. 7.1. ACABADOS COMERCIALES EN LAS CARAS DE LAS BRIDAS Las superficies de las bridas pueden variar desde el acabado bruto de fundición hasta el lapidado. Sin embargo, el acabado más encontrado comercialmente para bridas en acero es el ranurado concéntrico o en espiral fonográfica, según se muestra en la figura 2.3. Ambas son maquinadas con herramientas como mínimo de 1.6 mm (1/16") de radio y 45 a 55 ranuras por pulgada. Este acabado debe tener de 3.2 µm (125 µpul) Ra a 6.3 µm (250 µpul) Ra . Figura 2.3 7.2. ACABADOS RECOMENDADOS La Tabla 2.4 indica el tipo de acabado para los tipos de juntas industriales más usados. De acuerdo con la MSS SP-6 “Standard Finishes for Contact of Pipe Flanges and Connecting-End Flanges of Valves and Fittings”, el valor Ra (Roughness Average) está expresado en micrómetros (µm) y en micro pulgadas (µpul). Debe ser avalado por comparación visual con los padrones Ra de la Norma ASME B46.1 y no por instrumentos como estilete y amplificación electrónica.
  26. 26. 25 7.3. ACABADO SUPERFICIAL Y SELLABILIDAD A continuación, algunas reglas que se deben tener en cuenta al compatibilizar el acabado superficial con el tipo de junta: • El acabado superficial tiene gran influencia en la sellabilidad. • Una fuerza mínima de aplastamiento debe ser alcanzada para hacer escurrir la junta en las irregularidades de la superficie de la brida. Una junta blanda (corcho) requiere una fuerza de aplastamiento menor que una mas densa (lamina comprimida). • La fuerza de aplastamiento es proporcional al área de contacto de la junta con la brida. Ella puede ser reducida disminuyendo el ancho de la junta o su área de contacto con la brida. • Cualquiera sea el tipo de junta o de acabado es importante que no haya surcos o marcas radiales de herramientas en la superficie de sellado. Estos surcos radiales son muy difíciles de sellar y cuando la junta usada es metálica, eso se torna casi imposible. • Las ranuras fonográficas son más difíciles de sellar que las concéntricas. La junta al ser aplastada, debe escurrir hasta el fondo de la ranura, para no permitir un “canal” de fuga de una extremidad a otra del espiral. • Como los materiales poseen durezas y limites de escurrimiento diferentes, la selección del tipo de acabado de la superficie de la brida dependerá fundamentalmente del material de la junta. 8. PARALELISMO DE LAS SUPERFICIES DE SELLADO La tolerancia para el paralelismo se muestra en la Figura 2.4. La ilustración de la derecha presenta una situación menos crítica, pues el ajuste de los tornillos tiende a corregir el problema. Figura 2.4 Total fuera de paralelismo = 1+ 2 < = 0.4mm
  27. 27. 26 Metálica corrugada con revestimiento de amianto Metalflex (espiro metálica) Tipo Teadit 810 820 900 905 911 913 914 920 923 926 927 929 940 941 942 950 951 RX BX 1.6 3.2 a 6.3 1.6 3.2 2.0 a 6.3 1.6 a 2.0 1.6 1.6 1.6 a 2.0 125 a 250 63 125 63 80 a 250 63 a 80 63 63 63 a 80 Acabado Superficial Ra Sección transversal de la junta µm µ pol Tabla 2.4 Acabado de la Superficie de Sellado de las Bridas Descripción de la junta Plana no-metálica Metálica corrugada Metalbest (doble camisa metálica) Plana metálica Metálica ranurada Metálica ranurada con cobertura Ring-Joint metálico
  28. 28. 27 9. PLANITUD DE LAS SUPERFICIES DE SELLADO La variación en la planitud de las superficies de sellado (Figura 2.5) depende del tipo de junta: • Juntas en lámina comprimida o goma: 0.8 mm. • Juntas Metalflex: 0.4 mm. • Juntas metálicas sólidas: 0.1 mm. Figura 2.5 10. TIPOS DE BRIDAS Aunque el proyecto de las bridas esta más allá del objetivo de este libro, en las figuras a continuación están mostradas las combinaciones más usadas de las posibles caras de las bridas. 10.1. CARA PLANA Junta no confinada (Figura 2.6). Las superficies de contacto de ambas bridas son planas. La junta puede ser tipo RF, hasta los tornillos, o FF, cubriendo toda la superficie de contacto. Normalmente usados en bridas de materiales frágiles. Figura 2.6
  29. 29. 28 10.2. CARA CON RESALTE Junta no confinada (Figura 2.7). Las superficies de contacto levan un resalte de 1.6 mm o 6.4 mm. La junta llega normalmente hasta los tornillos. Permite la colocación y retiro de la junta sin separar las bridas facilitando eventuales trabajos de mantenimiento. Es el tipo más usado en tuberías. Figura 2.7 10.3. LENGÜETA Y RANURA Junta totalmente confinada (Figura 2.8). La profundidad de la ranura es igual o un poco mayor que la altura de la lengüeta. La ranura es cerca de 1.6 mm más larga que la lengüeta. La junta tiene, normalmente, el mismo ancho de la lengüeta. Es necesario separar las bridas para la colocación de la junta. Este tipo de brida produce elevadas presiones sobre la junta, no siendo recomendado para juntas no metálicas. Figura 2.8
  30. 30. 29 10.4. MACHO Y HEMBRA Junta semi-confinada (Figura 2.9). El tipo más común es el de la izquierda. La profundidad de la hembra es igual o menor que la altura del macho, para evitar la posibilidad de contacto directo de las bridas cuando la junta es aplastada. El diámetro externo de la hembra es hasta de 1.6 mm mayor que el del macho. Las bridas deben ser separadas para el montaje de la junta. En las figuras de la derecha e izquierda la junta está confinada en el diámetro externo; en la figura del centro, en el diámetro interno. Figura 2.9 10.5. CARA PLANA Y RANURA Junta totalmente confinada (Figura 2.10). La cara de una de las bridas es plana y la otra posee una ranura donde la junta esta encajada. Usadas en aplicaciones donde la distancia entre las bridas debe ser precisa. Cuando la junta es aplastada, las bridas se tocan. Solamente las juntas de gran resiliencia pueden ser usadas en este tipo de montaje. Juntas espiraladas, O-rings metálicos no sólidos, juntas activadas por la presión y de doble camisa con relleno metálico son las más indicadas. Figura 2.10
  31. 31. 30 10.6. RING-JOINT También llamado anillo API (Figura 2.11). Ambas bridas poseen canales con paredes en ángulo de 230 . La junta es de metal sólido con perfil oval u octogonal, que es el más eficiente. Figura 2.11 11. NUEVAS CONSTANTES DE JUNTAS Tradicionalmente los cálculos de bridas y juntas de sellado, usaban las formulas y valores indicados por la American Society of Mechanical Engineers (ASME), según se muestra en el inicio de este Capitulo. La Sección VIII del “Pressure Vessel and Boiler Code”, publicado por la ASME, indica los valores de presión mínima de aplastamiento “y” y el factor de mantenimiento “m” para los diversos tipos de juntas. Estos valores fueron determinados a partir de un trabajo experimental en 1943. Con la introducción en el mercado de juntas fabricadas a partir de nuevos materiales, como el grafito flexible (Graflex), fibras sintéticas y PTFE, se tornó necesaria la determinación de los valores de “m” e “y” para estos materiales. En 1974 fue iniciado por el “Pressure Vessel Research Committee” (PVRC) un programa experimental para entender mejor el comportamiento de una unión bridada, ya que no había ninguna teoría analítica que permitiese determinar este comportamiento. El trabajo fue patrocinado por más de treinta instituciones, entre ellas ASME, American Petroleum Institute (API), American Society for Testing Materials (ASTM) y Fluid Sealing Association (FSA). La Escuela Politécnica de la Universidad de Montreal, Canadá, fue contratada para realizar los ensayos, presentar resultados y sugerencias. En el transcurrir del trabajo se verifico que no era posible la determinación de los valores de “m” e “y” para los nuevos materiales. También fue constatado que los valores para los materiales tradicionales no eran consistentes con los resultados obtenidos en las experiencias. Los analistas optaron por desarrollar, a partir de la base experimental, una nueva metodología para el cálculo de juntas que fuera coherente con los resultados
  32. 32. 31 prácticos entonces obtenidos. Hasta la edicione de este libro, ASME aún no había publicado la nueva metodología de cálculo basada en las constantes. 11.1. COMO FUERON REALIZADOS LOS ENSAYOS Fueron escogidas para el análisis juntas que representaron mejor las aplicaciones industriales: • Metálicas: planas (940) y ranuradas (941) en Acero Carbono, Cobre recocido y Acero Inoxidable. • O’ring metálico. • Lamina comprimida: elastómero SBR y NBR, fibras de Amianto, Aramida y Vidrio. • Grafito flexible en lámina con y sin inserción metálica. • PTFE en lámina. • Espiraladas (913) en acero inoxidable y relleno con Amianto, mica- grafito, Grafito flexible y PTFE. • Doble camisa metálica (923) en acero Carbono e inoxidable, relleno con y sin Amianto. Las juntas fueron ensayadas en varios equipos, uno de ellos está esquematizado en la Figura 2.12. Figura 2.12 Fueron realizados ensayos en tres presiones, 100, 200 y 400 psi con nitrógeno, helio, kerosene y agua. Los tests tuvieron la siguiente secuencia: • Aplastamiento inicial de la junta, parte A de la curva de la Figura 2.13: la junta esta apretada hasta llegar a una compresión Sg y
  33. 33. 32 deflexión Dg. Manteniendo Sg constante la presión es elevada hasta llegar a 100 psi. En este instante la perdida Lrm es medida. El mismo procedimiento es repetido para 200 y 400 psi. • Enseguida el ajuste de la junta es reducido (parte B de la curva) manteniendo la presión del fluido constante en 100, 200 y 400 psi, la perdida es medida en intervalos regulares. El ajuste es reducido hasta que la perdida excede la capacidad de lectura del equipo. La junta es nuevamente comprimida hasta llegar al valor mas elevado de Sg, repitiendo el procedimiento hasta conseguir el aplastamiento máximo recomendado para la junta en test. Si la presión del fluido fuera colocada en función de la pérdida en masa para cada valor de presión de aplastamiento tenemos el grafito de la Figura 2.14. En paralelo también fueron realizados ensayos para determinar el efecto de acabado de la superficie de sellado. Se concluye, que a pesar de que ellos afecten la sellabilidad, otros factores, como el tipo de junta o aplastamiento inicial y la capacidad de la junta en resistir las condiciones operacionales son más importantes que pequeñas variaciones en el acabado de la superficie de sellado. Figura 2.13 Aplastamiento delaJunta,SG(MPa) Deflexión de la Junta DG (mm) DESCOMPRESION FINAL
  34. 34. 33 Figura 2.14 De los trabajos realizados por la Universidad de Montreal se obtuvieron varias conclusiones entre las cuales se destacan las siguientes: • Las juntas presentan un comportamiento similar no importando el tipo o el material. • La sellabilidad esta en función directa al apriete inicial a la cual la junta es sometida. Cuanto mayor es este apriete mejor es la sellabilidad. • Fue sugerida la introducción del Parámetro de Apriete (Tightness Parameter) Tp, adimensional, como la mejor forma de representar el comportamiento de los diversos tipos de juntas. Tp = (P/P*) x (Lrm* / (Lrm x Dt ))a donde: 0.5 < a < 1.2 siendo 0.5 para gases y 1.2 para líquidos P = presión interna del fluido (MPa) P* = presión atmosférica (0.1013 MPa) Lrm = pérdida en masa por unidad de diámetro (mg/seg-mm) Lrm* = pérdida en masa de referencia, 1 mg/seg-mm. Normalmente tomado para una junta con 150 mm de diámetro externo. Dt = diámetro externo de la junta (mm) El Parámetro de Apriete puede ser interpretado como: la presión necesaria para provocar un cierto nivel de perdida. Por ejemplo, el valor de Tp igual a 100 significa que es necesario una presión de 100 atmósferas (1470 psi o 10.1 MPa) para alcanzar una pérdida de 1 mg/seg-mm en una junta con 150mm de diámetro externo. Pérdida en masa, Lrm (mg/seg) PressióndelFluído LINEAS DE APLASTAMIENTO CONSTANTE
  35. 35. 34 Colocando en escala logarítmica los valores experimentales del Parámetro de Apriete tenemos el gráfico de la Figura 2.15. Figura 2.15 Del gráfico podemos establecer las “Constantes de la Junta”, que, obtenidas experimentalmente, permiten determinar el comportamiento de la junta. Las constantes son: • Gb = punto de intersección de la línea de aplastamiento inicial con el eje y (parte A del test). • a = inclinación de la línea de aplastamiento inicial. • Gs = punto focal de las líneas de alivio de presión de aplastamiento inicial (parte B del test). En la Tabla 2.5 están algunas de las constantes para los tipos de juntas más usados. Está en fase de aprobación por la ASTM un método para determinación de las constantes de juntas. Parámetro de Apriete, Tp ( a=0,5) PresióndeAplastamiento
  36. 36. 35 Lamina comprimida con fibra de amianto 1.6 mm de espesor 3.2 mm de espesor Lamina comprimida con 1.6 mm de espesor Teadit NA 1002 Teadit NA 1100 Lamina de PTFE expandido Quimflex 24 SH 1.6 mm de espesor Junta de PTFE expandido Quimflex 24B Lamina de PTFE reforzado TF1570 TF1580 TF1590 Lamina de Grafito Expandido (Graflex ) Sin refuerzo (TJB) Conrefuerzochapaperforadaaceroinoxidable(TJE) Con refuerzo chapa lisa de acero inoxidable (TJR) Junta espirometálica Metalflex en acero inoxidable y Graflex Sin anillo interno ( tipo 913 ) Con anillo interno ( tipo 913 M ) JuntaespirometálicaMetalflex enaceroinoxidabley PTFE Sin anillo interno ( tipo 913) Con anillo interno ( tipo 913 M) Junta doble camisa Metalbest en acero al carbono y relleno con Graflex Lisa ( tipo 923) Corrugada ( tipo 926) Junta metálica lisa ( tipo 940) Aluminio Cobre recocido o Latón 17.240 2.759 0.938 0.903 2.945 8.786 1.683 0.786 1.793 6.690 9.655 5.628 15.862 17.448 31.034 15.724 20.000 58.621 10.517 34.483 0.150 0.380 0.45 0.44 0.313 0.193 0.31 0.786 0.351 0.384 0.324 0.377 0.237 0.241 0.140 0.190 0.230 0.134 0.240 0.133 0.807 0.690 5 E-4 5.4 E-3 3 E-4 1.8 E-14 8.883 E-5 1.103 E-8 4.344 E-2 3.448 E-4 6.897 E-5 4.552 E-4 0.090 0.028 0.483 0.462 0.103 1.586 1.379 1.779 Material da Junta Gb (MPa) a Gs (MPa) Tabla 2.5 Constantes de Juntas
  37. 37. 36 La figura 2.16 muestra el gráfico de una junta espiralada tipo 913 de acero inoxidable y Graflex. Figura 2.16 11.2. CLASE DE APRIETE Uno de los conceptos más importantes introducidos por los estudios de PVRC es el de la Clase de Apriete. Como no es posible tener un sellado perfecto como sugerían los antiguos valores de “m” e “y”, los analistas propusieron la introducción de Clases de Apriete que corresponden a tres niveles de pérdidas máximos aceptables para la aplicación. Tabla 2.6 Clase de Apriete Clase de Apriete Pérdida ( mg / seg-mm ) Constante de Apriete C Aire, agua 0.2 ( 1/5 ) 0.1 Standard 0.2 ( 1/5 ) 0.1 Apretada 0.000 02 ( 1/ 50 000) 10.0 Es probable que en el futuro haya una clasificación de los diferentes fluidos en las clases de pérdidas teniéndose en consideración los daños al medio ambiente, riesgos de incendio, explosión, etc. Las autoridades encargadas de la defensa del medio ambiente de algunos países ya están estableciendo niveles máximos de fugas aceptables.
  38. 38. 37 Podemos visualizar los valores propuestos dando un ejemplo práctico. Si tomáramos una junta espiralada para brida ASME B16.5 de 4 pulgadas de diámetro nominal y clase de presión 150 psi, padrón ASME B16.20 con apriete en la clase de pérdida standard de 0.002 mg/seg-mm tenemos: Pérdida (Lrm ) = 0.002 x diámetro externo Lrm = 0.002 x 149.4 = 0.2988 mg/seg = 1.076 g/hora Como pérdidas en masa son de visualización difícil, abajo están las tablas prácticas para un mejor entendimiento. Tabla 2.7 Equivalencia volumétrica Fluido Masa - mg / seg Volumen - l / h Agua 1 0.036 Nitrógeno 1 3.200 Helio 1 22.140 Equivalencia volumétrica Tabla 2.8 Equivalencia en gotas Pérdida 10-1 mg / seg 10-2 mg / seg 10-3 mg / seg 10-4 mg / seg Volumen equivalente 1 ml cada 10 segundos 1 ml cada 100 segundos 3 ml por hora 1 ml cada 3 horas Equivalente en gotas Flujo constante 10 gotas por segundo 1 gota por segundo 1 gota cada 10 segundos 11.3. EFICIENCIA DEL APRIETE Estudios han mostrado una gran variación de la fuerza ejercida por cada bulón en situaciones donde el torque es aplicado en forma controlada. El PVRC sugirió la introducción de un factor de eficiencia de apriete directamente relacionado con el método usado para aplicar la fuerza de aplastamiento. Los valores de la eficiencia de apriete están en la Tabla 2.9. Método de apriete Torquímetro de impacto o palanca Torque aplicado con precisión ( ± 3 %) Tensionamiento directo y simultáneo Medición directa de la tensión o elongación Eficiencia del apriete “Ae” 0.75 0.85 0.95 1.00 Tabla 2.9 Eficiencia del apriete
  39. 39. 38 11.4. PROCEDIMENTO DE CALCULO POR EL METODO PVRC El método propuesto por el PVRC presenta varias simplificaciones para facilitar los cálculos. Sin embargo, estas simplificaciones pueden provocar grandes variaciones en el cálculo. Estas son mostradas en la publicación “The Exact Method” presentado en el 6th Annual Fluid Sealing Association Technical Symposium, en Houston, TX, October, 1996 por el Ingeniero Antonio Carlos Guizzo, Director Técnico da Teadit Industria y Comercio. El mismo autor presentó otro trabajo en el Sealing Technical Symposium, de Nashville, TN, Abril 1998, donde muestra el comportamiento de las juntas comparando los resultados experimentales con valores previstos en los métodos de calculo propuestos. Copias de estas publicaciones pueden ser solicitadas a Teadit en la dirección indicada en el inicio de este libro. Nota importante: en la época de la publicación de este libro el método propuesto por el PVRC aún no estaba aprobado por ASME. Su uso debe ser cuidadosamente analizado para evitar daños personales y materiales provenientes de las dudas que aún pueden existir en su aplicación. • Determinar en la Tabla 2.5, las constantes Gb , a, y Gs para la junta que va a ser usada • Determinar en la Tabla 2.6, para la Clase de Apriete, y la Constante de Apriete, C • Determinar en la Tabla 2.9, la eficiencia de apriete, Ae, de acuerdo con la herramienta a ser usada en el apriete de los bulones. • Calcular el área de contacto de la junta con la brida (área de aplastamiento), Ag • Determinar la tensión admisible en los bulones a la temperatura ambiente: Sa • Determinar la tensión admisible en los bulones a la temperatura de operación: Sb • Calcular el área efectiva de actuación de la presión del fluido, Ai , de acuerdo con el Código ASME: Ai = ( π /4 ) G2 G = de- 2b b = .5 ( b ) 0.5 o b = bo si bo menor que 6.4 mm ( 1/4 pul ) bo = N / 2 donde G es el diámetro efectivo de la junta según el Código ASME (Tablas 2.1 y 2.2 ) • Calcular el parámetro de apriete mínimo, Tpmin ; Tpmin = 18.0231 C Pd donde C es la constante de apriete escogida y Pd es la presión de proyecto.
  40. 40. 39 • Calcular el parámetro de apriete de montaje, Tpa . Este valor de Tpa debe ser alcanzado durante el montaje de la junta para asegurar que el valor de Tp durante la operación de la junta sea igual o mayor que Tpmin . Tpa = X Tpmin donde X > = 1.5 ( Sa / Sb ) donde Sa es la tensión admisible en los bulones a temperatura ambiente y Sb es la tensión admisible en los bulones a temperatura de proyecto. • Calcular la razón de los parámetros de apriete: Tr = Log (Tpa ) / Log (Tpmin ) • Calcular la presión mínima de apriete para operación de la junta. Esta presión es necesaria para resistir a la fuerza hidrostática y mantener una presión en la junta tal que el Parámetro de Apriete sea, en el mínimo, igual a Tpmin Sml = Gs [(Gb / Gs ) ( Tpa )a ] (1/Tr) • Calcular la presión mínima de aplastamiento de la junta: Sya = (Gb / Ae) ( Tpa )a donde Ae es la Eficiencia del Apriete, obtenida de la Tabla 2.9 • Calcular la presión de aplastamiento de proyecto de la junta: Sm2 = [( Sb / Sa )( Sya / 1.5 )] - Pd (Ai / Ag ) donde Ag es el área de contacto de la junta con la superficie de sellado de la brida • Calcular la fuerza mínima de aplastamiento: Wmo = ( Pd Ai ) + ( Smo Ag ) donde Smo es el mayor de Sm1 , Sm2 o 2 Pd • Calcular el área resistiva mínima de los bulones: Am = Wmo / Sb
  41. 41. 40 • Número de bulones: El área real de los bulones, Ab , debe ser igual o mayor que Am . Para eso es necesario escoger un número de bulones tal que la suma de sus áreas sea igual o mayor que Am 11.5. EJEMPLO DE CÁLCULO POR EL METODO PVRC Junta espiralada diámetro nominal 6 pulgadas, clase de presión 300 psi, dimensiones según Norma ASME B16.20, con espiral en acero inoxidable, relleno en Graflex y anillo externo en acero al Carbono bicromatizado. Brida con 12 bulones de diámetro 1 pulgada en ASTM AS193-B7. • Presión de proyecto: Pd = 2 MPa (290 psi) • Presión de test: Pt = 3 MPa (435 psi) • Temperatura de proyecto: 450o C • Bulones ASTM AS 193-B7, tensión admisible: • Temperatura ambiente: Sa = 172 MPa • Temperatura de operación: Sb = 122 MPa • Cantidad: 12 bulones • De la Tabla 2.5 obtenemos las constantes de la junta: Gb = 15.862 MPa a = 0.237 Gs = 0.090 MPa • Clase de apriete: standard, Lrm = .002 mg/seg-mm • Constante de apriete: C = 1 • Ajuste por torquímetro: Ae = 0.75 • Área de contacto de la junta, Ag : Ag = ( π /4 ) [(de - 3.2)2 - di2 ] = 7271.390 mm2 de = 209.6 mm di = 182.6 mm • Área efectiva de actuación de la presión interna, Ai : Ai = ( π /4 ) G2 = 29711.878 mm2 G = (de - 3.2) - 2b = 194.50 mm b = b0 = 5.95mm bo = N/2 = ((de - 3.2) - di)/4 = 5.95 mm • Parámetro de apriete mínimo: Tpmin = 18.0231 C Pd = 36.0462
  42. 42. 41 • Parámetro de apriete de montaje Tpa = X Tpmin = 1.5 ( 172 / 122 ) 36.0462 = 76.229 • Razón de los parámetros de apriete: Tr = Log (Tpa ) / Log (Tpmin ) = 1.209 • Presión mínima de apriete para operación: Sml = Gs [( Gb / Gs ) ( Tpa )a ] 1/Tr = 15.171 MPa • Presión mínima de aplastamiento: Sya = [ Gb/Ae ] ( Tpa )a = 59.069 MPa • Calcular la presión de aplastamiento de proyecto de la junta: Sm2 = [( Sb / Sa )( Sya / 1.5 )] - Pd (Ai / Ag ) = 19.759 MPa • Fuerza mínima de aplastamiento: Wmo = ( Pd Ai ) + ( Smo Ag ) donde Smo es el mayor valor de Sm1 , = 15.171 Sm2 = 19.759 2 Pd = 4 Wmo = ( Pd Ai ) + ( Smo Ag ) = 203 089 N 12. APLASTAMIENTO MAXIMO En las secciones 4 y 11 de este Capítulo están los métodos para calcular la fuerza de aplastamiento mínima de la junta para asegurar un sellado adecuado. En tanto conforme a los estudios de PVRC cuanto mayor el apriete mayor la sellabilidad, por lo tanto, es interesante saber cual es el valor de la fuerza de apriete máximo haciendo la instalación con el apriete próximo al máximo se tiene la posibilidad de obtener una mayor sellabilidad. Un problema con frecuencia encontrado son juntas dañadas por exceso de apriete. Para todos los tipos de juntas es posible establecer la presión máxima de aplastamiento, este valor no debe ser superado en la instalación para no dañar la junta.
  43. 43. 42 12.1 CALCULO DE LA FUERZA MAXIMA DE APRIETE A continuación está descripto el método para calcular el apriete máximo admisible para la junta y los bulones. • Calcular el área de contacto de la junta con la brida (área de aplastamiento), Ag . • Calcular el área efectiva de actuación de la presión del fluido, Ai , de acuerdo con el Código ASME: Ai = ( π /4 ) G2 G = de - 2b b = .5 ( b ) 0.5 o b = b0 si b0 fuera menor que 6.4 mm b0 = N/2 donde G es el diámetro efectivo de la junta según tablas del Código ASME • Calcular la fuerza de presión, H: H = Ai Pd • Calcular la fuerza máxima disponible para el aplastamiento, Wdisp : Wdisp = Aml Np Sa donde Aml es el área de la raíz de la rosca de los bulones o la menor área bajo tensión, Np es el número de bulones y Sa es la tensión máxima admisible en los bulones a temperatura ambiente. • Calcular la presión de aplastamiento de la junta, Sya : Sya = Wdisp / Ag • Determinar la máxima presión de aplastamiento para la junta de acuerdo con las recomendaciones del fabricante, Sym . • Establecer como la presión de aplastamiento máxima, Sys, el menor valor entre Sya y Sym . • Calcular la fuerza de aplastamiento máxima, Wmax : Wmax = Sys Ag • Calcular la fuerza de apriete mínima Wmo de acuerdo con las Secciones 4 o 11 de este Capítulo
  44. 44. 43 • Si el valor de Wmax fuera menor que Wmo la combinación de las juntas y los bulones no es adecuada para la aplicación. • Si Wmax fuera mayor que Wmo la combinación junta y bulones es satisfactoria. • Con el valor de la fuerza de apriete máxima conocida es posible entonces determinar si todas las demás tensiones están dentro de los limites establecidos por el Código ASME. Esta verificación esta más allá de los objetivos de este libro. 12.2 EJEMPLO DE CALCULO DE LA FUERZA DE APRIETE MAXIMA En el ejemplo de la Sección 11.5 podemos calcular la fuerza de apriete máxima. • Area de contacto de la junta con la brida: Ag = ( π /4 ) [(de - 3.2)2 - di2 ] = 7271.37 mm2 de = 209.6 mm di = 182.6 mm • Area efectiva de actuación de la presión del fluido: Ai = ( π /4 ) G2 = 29711.8 mm2 G = (de - 3.2) - 2b = 194.50 mm b = b0 = 5.95mm bo = N/2 = ((de - 3.2) - di)/4 = 5.95 mm • Calcular la fuerza de presión, H: H = Ai Pd = 29711 x 2 = 59 423 N • Fuerza máxima disponible para el aplastamiento: Wdisp = Ae Aml Np Sa = 391 x 12 x 172 = 807 024 N • Calcular la presión de aplastamiento de la junta, Sya : Sya = Wdisp / Ag = 807 024 / 7271 = 110.992 MPa • Presión máxima de aplastamiento recomendada para la junta: Sym = 210 MPa
  45. 45. 44 • Presión de aplastamiento máxima, menor valor entre Sya y Sym : Sys = 110 MPa • Calcular la fuerza de aplastamiento máxima, Wmax : Wmax = Sys Ag = 110 x 7271 = 799 810 N • Fuerza de apriete mínima, según Sección 11.5: Wmo = 203 089 N • Como el valor de Wmax es mayor que Wmo la combinación de las juntas y bulones es adecuada para la aplicación. • Con los valores de las fuerzas máxima y mínima es posible calcular los valores de los torques máximo y mínimo: Tmin = k Wmo dp /NP = 0.2 x 203 089 x 0.0254 / 12 = 85.97 N-m Tmax = k Wmax dp /NP = 0.2 x 799 810 x 0.0254 / 12 = 338.58 N-m
  46. 46. 45 CAPITULO 3 MATERIALES PARA JUNTAS NO-METALICAS 1. CRITERIOS DE SELECCION La elección de un material para junta no metálica es difícil por la existencia, en el mercado, de una gran variedad de materiales con características similares. Además de eso, nuevos productos o variaciones de productos existentes aparecen frecuentemente. Es imposible listar y describir todos los materiales. Por esta razón, fueron seleccionados los materiales más usados con sus características básicas. Si fuera necesario aprofundarze sobre alguno de ellos, recomendamos consultar al fabricante. Las cuatro condiciones básicas que deben ser observadas al seleccionar el material de una junta son: • Presión de operación. • Fuerza de los bulones. • Resistencia al ataque químico del fluido (corrosión). • Temperatura de operación. Las dos primeras fueron analizadas en el Capitulo 2 de este libro. La resistencia a la corrosión puede ser influenciada por varios factores, principalmente: • Concentración del agente corrosivo: no siempre una mayor concentración torna un fluido más corrosivo. • Temperatura del agente corrosivo: en general, temperaturas más elevadas aceleran la corrosión.
  47. 47. 46 • Punto de condensación: el pasaje del fluido con presencia de azufre y agua por el punto de condensación, común en gases provenientes de combustión, puede provocar la formación de condensados extremadamente corrosivos. En situaciones críticas son necesarios ensayos en laboratorio para determinar, en las condiciones de operación, la compatibilidad del material de la junta con el fluido. Al iniciar el proyecto de una junta, un análisis profundo debe ser efectuado, comenzando por el tipo de brida, fuerza de los bulones, fuerza mínima de aplastamiento, etc. Todas las etapas deben ser seguidas hasta la definición del tipo y del material de la junta. Generalmente la selección de una junta puede ser simplificada usando el Factor de Servicio, según se muestra a continuación. 2. FACTOR P X T O FACTOR DE SERVICIO El Factor de Servicio o factor Presión x Temperatura ( P x T ) es un buen punto de partida para seleccionar el material de la junta. El mismo se obtiene multiplicando el valor de presión en kgf/cm2 por la temperatura en grados centígrados y comparando los resultados con los valores de la siguiente tabla. Si el valor fuera mayor que 25 000, debe ser escogida una junta metálica. Tabla 3.1 Factor de Servicio P X T Temperatura o C Material de la Junta máximo máxima 530 150 Goma 1150 120 Fibra vegetal 2700 250 PTFE 15000 540 Lamina comprimida 25000 590 Lamina comprimidas con tela metálica Los límites de temperaturas y los valores de P x T no pueden ser tomados como absolutos. Las condiciones de cada caso, tales como variaciones en los tipos de materia prima, tipo de brida y otras particularidades de cada aplicación pueden modificar estos valores. Nota importante: las recomendaciones de este Capítulo son genéricas, y las condiciones particulares de cada caso deben ser estudiadas cuidadosamente. 3. LAMINAS COMPRIMIDAS Desde su introducción, en el siglo pasado, las Láminas Comprimidas han sido el material más usado para sellado de bridas. Poseen características de sellabilidad en una amplia faja de condiciones operacionales. Debido a su importancia en el campo del sellado industrial, el Capítulo 4 de este libro esta enteramente dedicado a ellas.
  48. 48. 47 4. POLITETRAFLUOROETILENO ( PTFE ) Desarrollado por Du Pont, que lo comercializa con la marca Teflón® , el PTFE en sus diferentes formas es uno de los materiales mas usados en la confección de juntas industriales. Debido a su creciente importancia el Capitulo 5 de este libro muestra varias alternativas de juntas con PTFE. 5. GRAFITO FLEXIBLE GRAFLEX® Producido a partir de la expansión y calandrado del grafito natural, posee entre 95% y 99% de pureza. Grumos de grafito son tratados con ácido, neutralizados con agua y secados hasta un determinado nivel de humedad. Este proceso deja agua entre los granos de grafito. Enseguida, los grumos son sometidos a elevadas temperaturas, y el agua, al vaporizar, “estalla” los grumos que alcanzan volúmenes de 200 o más veces del volumen original. Estos grumos expandidos son calandrados, sin ningún aditivo o ligante, produciendo hojas de material flexible. El grafito flexible presenta reducido “creep”, definido como una deformación plástica continua de un material sometido a presión. Por lo tanto, la perdida de fuerza de los bulones es reducida, eliminando reaprietes frecuentes. Debido a sus características, el grafito flexible es uno de los materiales de sellado mas seguro. Su capacidad de sellar, ha sido ampliamente comprobada, tanto en los ambientes más agresivos como a elevadas temperaturas. Posee excelente resistencia a los Acidos, soluciones alcalinas y compuestos orgánicos. No obstante, en atmósferas oxidantes y temperaturas superiores a 450 o C, su uso debe ser cuidadosamente analizado. Cuando el Carbono es calentado en presencia de oxígeno hay formación de dióxido de Carbono (CO2 ). El resultado de esta reacción es una reducción de masa de material. Límites de temperatura: - 240 o C a 3000 o C, en atmósfera neutra o reductora, y de - 240 o C a 450 o C, en atmósfera oxidante. La compatibilidad química y los límites de temperatura están en el Anexo 3.1. 5.1. PLACAS DE GRAFLEX® Por ser un material de baja resistencia mecánica las placas de Graflex® son provistas con refuerzo de acero inoxidable 316. Las dimensiones son 1000 x 1000 mm y los espesores son 0.8 mm, 1.6 mm y 3.2 mm. Las recomendaciones de aplicación están en la Tabla 3.2. Cuando se usen juntas fabricadas a partir de placas de Graflex® con refuerzo, es necesario también verificar la compatibilidad del fluido con el refuerzo.
  49. 49. 48 Tipo Refuerzo Aplicación TJR Lámina lisa de acero inoxidable 316L Servicios generales, vapor, hidrocarburos TJE Lámina perforada de acero inoxidable 316L Servicios generales, vapor, fluido térmico, hidrocarburos Tabla 3.2 Tipos de Placas de Graflex® TJB Sin Refuerzo Servicios generales, bridas frágiles en general Tabla 3.3 Temperaturas de Trabajo Temperatura o C Máxima Medio Mínima TJR TJE TJB Neutro / reductor -240 870 870 3 000 Oxidante -240 450 450 450 Vapor -240 650 650 No recomendado Los valores de “m” e “y” y de las constantes para cálculo para cada tipo de Placa de Graflex están en la Tabla 3.4. Tabla 3.4 Valores para Cálculo Tipo TJR TJE TJB m 2 2 1.5 y (psi) 1 000 2 800 900 Gb (MPa) 5.628 9.655 6.690 a 0.377 0.324 0.384 Gs (MPa) 4.552 10-4 6.897 10-5 3.448 10-4 Presión de aplastamiento máxima (MPa) 5.2. CINTAS DE GRAFLEX® El Graflex® también es provisto en cintas con o sin adhesivo, lisa o corrugada en espesores de 0.4 mm, los tipos y condiciones de suministro están en la Tabla 3.5. Medio Mínima 165 165 165
  50. 50. 49 Tipo Presentación Aplicación Rollos de TJI Cinta lisa con adhesivo Sellado de conexiones roscadas 12.7 x 8 000 ou 25.4 x 15 000 mm TJH Cinta corrugada con adhesivo Sellado estático en uniones bridadas 12.7 x 8 000 ou 25.4 x 15 000 mm TJZ Cinta corrugada sin adhesivo Para enrollar en vástagos de válvulas o fabricar anillos pre- moldeados 6.4 ou 12.7 x 8 000 y 19.1 ou 25.4 x 15000 Tabla 3.5 Cintas Graflex® 6. ELASTOMEROS Materiales bastante empleados en la fabricación de juntas, en virtud de sus características de sellabilidad. Existen en el mercado diversos tipos de polímeros e formulaciones, permitiendo una gran variación en la selección. 6.1. CARACTERISTICAS BASICAS Las principales características que tornan la goma un buen material para juntas son: • Resiliencia: la goma es un material con elevada resiliencia. Siendo bastante elástico, rellenando las imperfecciones de las bridas, y con una pequeña fuerza de apriete. • Polímeros: hay diversidad de polímeros con diferentes características físicas y químicas. • Combinación de polímeros: la combinación de varios polímeros en una fórmula permite obtener diferentes propiedades físicas y químicas, tales como resistencia a la tracción o a los productos químicos, dureza etc. • Variedad: chapas o laminas con diferentes espesores, colores, anchos, largos, y acabados superficiales pueden ser fabricados para atender las necesidades de cada caso. 6.2. PROCESO DE SELECCION En juntas industriales los Elastómeros normalmente son utilizados en bajas presiones y temperaturas. Para mejorar la resistencia mecánica pueden ser empleados refuerzos con una o más camadas de tela de algodón. La dureza normal para juntas industriales es de 55 a 80 Shore A y espesores de 0.8 mm (1/32") a 6.4 mm (1/4"). El Anexo 3.2 muestra la compatibilidad entre los diversos fluidos y los Elastómeros mas utilizados, que están relacionados a continuación. El código entre paréntesis es la designación ASTM.
  51. 51. 50 6.3. GOMA NATURAL (NR) Posee buena resistencia a las sales inorgánicas, amoníaco, acidos débiles y álcalis; poca resistencia a aceites, solventes y productos químicos; presenta acentuado envejecimiento debido al ataque por el Ozono, no recomendada para uso en lugares expuestos al sol o al Oxígeno; tiene gran resistencia mecánica al desgaste por fricción. Niveles de temperatura bastante limitados: de -50 o C a 90 o C. 6.4. ESTIRENO-BUTADIENO (SBR) La goma SBR, también llamada “goma sintética”, fue desarrollada como alternativa a la goma natural. Recomendada para uso en agua caliente e fría, aire, vapor y algunos acidos débiles, no debe ser usada en acidos fuertes, aceites, grasas y solventes clorados; posee poca resistencia al Ozono y a la mayoría de los hidrocarburos. Límites de temperatura de -50 o C a 120 o C. 6.5. CLOROPRENE (CR) Más conocida como Neoprene, su nombre comercial. Posee excelente resistencia a los aceites, Ozono, luz solar, y baja permeabilidad a los gases; recomendada para uso en naftas y solventes no aromáticos, tiene poca resistencia a los agentes oxidantes fuertes e hidrocarburos aromáticos y clorados. Límites de temperatura de -50 o C a 120 o C. 6.6. NITRILICA (NBR) También conocida como Buna-N. Posee buena resistencia a los aceites, solventes hidrocarburos aromáticos y alifáticos y naftas. Poca resistencia a los agentes oxidantes fuertes, hidrocarburos clorados, cetonas y ésteres. Límites de temperatura de -50 o C a 120 o C. 6.7. FLUORELASTOMERO (CFM, FVSI, FPM) Mas conocido como Viton, su nombre comercial. Posee excelente resistencia a los acidos fuertes, aceites, nafta, solventes clorados e hidrocarburos alifáticos y aromáticos. No recomendada para uso con aminos, ésteres, cetonas y vapor. Límites de temperatura de -40 o C a 204 o C. 6.8. SILICONA (SI) La goma silicona posee excelente resistencia al envejecimiento, no siendo afectada por la luz solar u Ozono, por eso es muy usada en aire caliente. Tiene poca resistencia mecánica, a los hidrocarburos alifáticos, aromáticos y vapor. Posee límites de temperatura más amplios, de -100 o C a 260 o C. 6.9. ETILENO-PROPILENO (EPDM) Elastómero con buena resistencia al Ozono, vapor, Acidos fuertes y álcalis. No recomendada para uso con solventes e hidrocarburos aromáticos. Límites de temperatura de -50 o C a 120 o C.
  52. 52. 51 6.10. HYPALON Elastómero de la familia del Neoprene , posee excelente resistencia al Ozono, luz solar, productos químicos y buena resistencia a los aceites. Límites de temperatura de -100 o C a 260 o C. 7. FIBRA CELULOSA La hoja de fibra de celulosa es fabricada a partir de celulosa aglomerada con cola y glicerina. Es muy usada en el sellado de productos de petróleo, gases y solventes varios. Disponible en rollos con espesores de 0.5 mm a 1.6 mm. Límite máximo de temperatura 120 o C. 8. CORCHO Granos de corcho son aglomerados con goma para obtener la compresibilidad del corcho, con las ventajas de la goma sintética. Ampliamente utilizada cuando la fuera de ajuste es limitada, como en bridas de chapa fina estampada o de material frágil como cerámica y vidrio. Recomendada para uso con agua, aceites, lubricantes y otros derivados de petróleo en presiones hasta 3 bar y temperatura hasta 120 o C. Posee poca resistencia al envejecimiento y no debe ser usada con ácidos inorgánicos, álcalis y soluciones oxidantes. 9. TEJIDOS Y CINTAS Tejidos de Amianto o fibra de vidrio impregnada con un elastómero son bastante usadas en juntas industriales. La hebra de tejido puede, para elevar su resistencia mecánica, tener refuerzo metálico, como el Latón o acero inoxidable. Los espesores van de 0.8mm (l/32") a 3.2mm (1/8"). Espesores mayores son obtenidos plegando una camada sobre la otra. Los elastómeros más usados en la impregnación de tejidos son: Goma estireno butadieno (SBR), Neoprene, Viton y Silicona. 9.1. TEJIDOS DE AMIANTO Los tejidos de amianto impregnados normalmente poseen 75% de Amianto y 25% de otras fibras, como el rayón o algodón. Esta combinación se hace para mejorar las propiedades mecánicas y facilitar la fabricación, con sensible reducción de costo. 9.2. TEJIDOS DE FIBRA DE VIDRIO Los tejidos de fibra de vidrio son fabricados a partir de dos tipos de hilos: • Filamento continuo. • Texturizado. Los tejidos hechos a partir de hilo de filamento continuo poseen espesor reducido y, en consecuencia, menor resistencia mecánica.
  53. 53. 52 Los tejidos con hilo texturizado, proceso que eleva el volumen del hilo, poseen mayor resistencia mecánica, por eso son mas usados en juntas industriales. 9.3. JUNTAS DE TEJIDOS Y CINTAS Los tejidos y cintas son doblados y moldeados en forma de juntas. Si es necesario para llegar al espesor deseado pueden ser doblados y colados en varias camadas. Estas juntas son usadas principalmente en las puertas “paso de hombre” de calderas (manhole e handhole). Ellas pueden ser circulares, ovales cuadradas o de otras formas. Son también usadas en hornos, hornallas, autoclaves, puertas de acceso y paneles de equipos. 9.4. CINTA TADPOLE Los tejidos pueden ser enrollados en torno de un núcleo, normalmente una empaquetadura de amianto o fibra de vidrio, según se muestra en la figura 3.2. El tejido puede tener o no impregnación de Elastómeros. La junta con esta forma es conocida como “tadpole”. El tejido se extiende mas allá del núcleo, formando una cinta plana que puede tener orificios de fijación. La sección circular ofrece buen sellado en superficies irregulares sujetas a aperturas o cierres frecuentes, como puertas de hornos y estufas. Figura 3.2 10. CARTON DE AMIANTO Material fabricado a partir de fibras de amianto con pegantes incombustibles, con elevada resistencia a la temperatura. Normalmente usado como aislamiento térmico, es empleado como relleno de juntas semi-metálicas debido a su compresibilidad y resistencia térmica. También recomendado para fabricación de juntas para ductos de gases calientes y bajas presiones. Temperatura límite de operación continua 800 o C.
  54. 54. 53 11. CARTON ISOLIT HT® En función de las restricciones existentes al manoseo de Amianto, el Isolit HT es la alternativa para el cartón de Amianto, con desempeño semejante. Es un compuesto de fibras cerámicas con hasta 5% de fibras organicas, las que aumentan su resistencia mecánica. Cuando expuestas a temperaturas superiores a 200 °C, estas substancias organicas carbonizan resultando en un material totalmente inorgánico com resistencia hasta 800 ºC. 12. FIBRA CERAMICA En la forma de mantas es usada para la fabricación de juntas para uso en ductos de gases calientes a baja presión. Material también empleado como relleno en juntas semi-metálicas en sustitución del cartón de amianto. Límite de temperatura: 1200 o C. 13. BEATER ADDITION El proceso “beater addition” (BA), de fabricación de materiales para juntas es semejante al de fabricación de papel. Fibras sintéticas, orgánicas o minerales son batidas con pegantes en mezcladores, que las “abren”, propiciando una mayor área de contacto con los pegantes. Esta mayor área de contacto aumenta la resistencia mecánica del producto final. Varios ligantes pueden ser usados, como el látex, Caucho SBR, Nitrílica etc. Debido a su limitada resistencia a la presión es un material poco usado en aplicaciones industriales, excepto como relleno de juntas semi-metálicas para bajas temperaturas. Los materiales producidos por el proceso BA son suministrados en bobinas de hasta 1200 mm de ancho, con espesores de 0.3 mm a 1.5 mm. 14. CARTON TEAPLAC® Los cartones de aislamiento térmico, Teaplac 800 y Teaplac 850, son utilizados para confección de juntas aplicables em altas temperaturas y bajas presiones
  55. 55. 54 ANEXO 3.1 COMPATIBILIDAD QUÍMICA DEL GRAFLEX® Fluidos Acetato de Monovinilo Acetato Izo propílico Acetona Ácido Acético Ácido Arsénico Ácido Bencilsulfónico Ácido Bórico Ácido Brómico Ácido Carbónico Ácido Cítrico Ácido Clorhídrico Ácido Dicloropropilítico Ácido Esteárico Ácido Fluorhídrico Ácido Flúor silicio Ácido Fólico Ácido Fórmico Ácido Fosfórico Ácido Graso Ácido Láctico Ácido Monocloroacético Ácido Nítrico Ácido Oleico Ácido Oxálico Ácido Sulfúrico Ácido Sulfúrico Ácido Sulfuroso Ácido Tartárico Agua Perboratada Agua Desaireada Agua Mercaptana Aire Alcohol Amílico Alcohol Butílico Alcohol Etílico Concentración % Todas 100 0 - 100 Todas Todas 60 Todas Todas Todas Todas Todas 90 – 100 100 Todas 0 a 20 Todas Todas 0 a 85 Todas Todas 100 Todas 100 Todas 0 a 70 Maior que 70 Todas Todas - - Saturada - 100 100 0 - 100 Temperatura máxima o C Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas No Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas No Recomendado Todas Todas Todas No Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas 450 Todas Todas Todas
  56. 56. 55 Fluidos Alcohol Izo Propílico Alcohol Metílico Anhídrido Acético Anilina Benceno Bi fluoruro de Amoníaco Bromo Cellosolve Butílico Cellosolve Solvente Clorato de Calcio Clorito de Sodio Cloro Seco Cloroetilbenceno Cloroformo Cloruro de Aluminio Cloruro Cúprico Cloruro de Estaño Cloruro de Etilo Cloruro Férrico Cloruro Ferroso Cloruro de Níquel Cloruro de Sodio Cloruro de Zinc Di Bromo Etileno Di Cloro Etileno Dietanolamina Dioxano Dióxido de Azufre Éter Izo Propílico Etilo Etileno Cloridina Etileno Glicol Fluidos para Transferencia de Calor (todos) Fluidos Refrigerantes Concentración % 0 - 100 0 - 100 100 100 100 Todas Todas 0 - 100 Todas Todas 0 - 4 100 100 100 Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas 100 100 Todas 0 - 100 Todas 100 Todas 0 - 8 Todas - Todas Temperatura máxima o C Todas 650 Todas Todas Todas Todas No Recomendado Todas Todas No Recomendado No Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas ANEXO 3.1 (Continuación) COMPATIBILIDAD QUÍMICA DEL GRAFLEX®
  57. 57. 56 Fluidos Flúor Gasolina Glicerina Hexaclorobenceno Hidrato de Cloral Hidrocloruro de Anilina Hidróxido de Aluminio Hidróxido de Amoníaco Hidróxido de Sodio Hipo cloruro de Calcio Hipoclorito de Sodio Kerosene Manitol Metil-Isobutil-Cetona Monocloruro de Azufre Monoclorobenceno Monoetanolamina Octanol Paradiclorobenceno Paraldeído Sulfato de Amoníaco Sulfato de Cobre Sulfato de Hierro Sulfato de Manganeso Sulfato de Níquel Sulfato de Zinc Tetracloruro de Carbono Tetracloroetano Tiocianato de Amoníaco Tricloruro de Arsénico Tricloruro de Fósforo Tricloroetileno Vapor Xileno Yodo Concentración % Todas - 0 - 100 100 - 0 - 60 Todas Todas Todas Todas Todas - Todas 100 100 100 Todas 100 100 100 Todas Todas Todas Todas Todas Todas 100 100 0 – 63 100 100 100 - Todas Todas Temperatura máxima o C No Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas No Recomendado No Recomendado Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas Todas 650 Todas No Recomendado ANEXO 3.1 (Continuación) COMPATIBILIDAD QUÍMICA DEL GRAFLEX®
  58. 58. 57 ANEXO 3.2 RESISTENCIA QUÍMICA DE ELASTÓMEROS PARA JUNTAS 1: buena resistencia 3: sin información 2: resistencia regular 4: poca resistencia NBR: nitrílica SBR: estireno-butadieno FE : flúor elastómero NR : natural CR : cloro preñe SI : silicona NBR 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 2 4 4 2 1 4 2 2 4 1 4 1 4 3 FE 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 1 4 1 4 1 1 2 1 1 1 CR 4 3 3 2 1 2 3 3 1 2 1 1 4 3 3 2 4 4 2 2 2 1 2 4 1 4 1 4 1 SBR 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 4 4 4 3 4 4 4 4 2 4 2 2 4 1 4 1 4 3 NR 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 1 4 4 4 2 1 4 4 1 2 4 2 2 4 1 3 1 4 3 SI 2 1 4 2 1 4 1 1 2 1 3 1 4 1 2 4 4 2 4 2 4 1 2 4 1 3 1 4 4 Fluido Aceite Bunker Aceite de Coco Aceite Diesel Aceite Hidráulico (mineral) Aceite de Linaza Aceite Lubricante Aceite de Maíz Aceite de Maní Aceites Minerales Aceite de Oliva Aceite de Silicona Aceite de Soja Aceite para Turbina Aceite Vegetal Acetaldehído Acetato de Aluminio Acetato de Butilo Acetato de Etilo Acetato de Potasio Acetileno Acetona Ácido Acético 5% Ácido Acético glacial Ácido Benzoico Ácido Bórico Ácido Butírico Ácido Cítrico Ácido Clorhídrico (concentrado) Ácido Clorhídrico (diluido)
  59. 59. 58 ANEXO 3.2 ( Continuación ) RESISTENCIA QUÍMICA DE ELASTÓMEROS PARA JUNTAS Fluido NBR 4 4 4 4 4 1 4 4 4 4 3 2 1 2 4 4 4 2 1 1 2 1 1 1 2 4 4 1 1 2 1 1 2 4 1 4 4 FE 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 3 1 4 1 1 1 4 4 4 1 2 CR 4 4 1 1 1 1 4 4 2 4 2 2 2 3 4 2 4 2 1 1 2 2 1 1 2 4 4 1 1 1 1 2 1 2 1 4 4 SBR 4 4 2 3 2 1 4 4 4 4 4 2 2 2 4 3 4 2 2 2 4 1 1 2 4 4 4 1 1 2 1 4 4 4 1 4 4 NR 4 4 4 3 2 1 4 4 4 4 4 2 2 1 4 3 4 2 1 1 3 1 1 2 4 4 4 1 1 1 1 4 4 4 1 4 4 SI 3 4 4 3 2 3 3 4 4 4 4 2 4 3 4 4 4 4 2 1 3 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 4 2 1 1 4 4 Ácido Crómico Ácido Fluorhídrico (concentrado) Ácido Fluorhídrico (diluido) Ácido Fosfórico concentrado Ácido Fosfórico diluído Ácido Láctico Ácido Maleico Ácido Nítrico concentrado Ácido Nítrico diluído Ácido Nítrico humeante Ácido Oleico Ácido Oxálico Ácido Palmítico Ácido Salicílico Ácido Sulfúrico concentrado Ácido Sulfúrico diluído Ácido Sulfúrico humeante Ácido Sulfuroso Ácido Tánico Ácido Tartárico Ácidos Grasos Agua de Mar Agua Potable Aire Hasta 100ºC Aire Hasta 150ºC Aire Hasta 200ºC Aire Hasta 250ºC Alcohol Butílico (butanol) Alcohol de Madera Alcohol izo Propílico Alcohol Propílico Alquitrán Amoníaco Líquido (anidra) Amoníaco Caliente (gas) Amoníaco Frío (gas) Anilina Benceno
  60. 60. 59 Fluido NBR 1 4 2 1 4 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 4 1 4 1 1 4 3 4 4 4 4 4 4 1 1 1 4 3 1 1 4 1 FE 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 1 3 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 4 4 1 1 1 3 3 4 1 1 1 3 CR 1 4 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 4 1 4 1 1 2 4 4 4 4 1 1 2 2 2 1 4 4 3 1 2 1 SBR 1 4 2 1 3 1 1 1 1 4 1 1 1 1 2 4 1 4 1 1 4 3 4 4 4 2 4 4 1 4 1 4 4 1 1 4 1 NR 1 4 2 1 3 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 4 1 4 1 1 4 3 4 4 4 2 4 4 1 4 1 4 4 1 1 4 2 SI 1 3 2 1 3 1 1 1 1 4 2 3 1 1 4 4 1 4 1 1 4 3 4 4 3 2 2 4 1 4 1 4 4 1 1 4 2 ANEXO 3.2 ( Continuación ) RESISTENCIA QUÍMICA DE ELASTÓMEROS PARA JUNTAS Bicarbonato de Sodio Bisulfato de Carbono Bórax Café Carbonato de Amoníaco Carbonato de Calcio Carbonato de Sodio Cerveza Cianeto de Potasio Ciclo-Hexanol Clorato de Aluminio Clorato de Amoníaco Clorato de Bario Clorato de Calcio Clorato de Etila Clorato de Etileno Clorato de Magnesio Clorato de Metileno Clorato de Potasio Clorato de Sodio Cloro (seco) Cloro (húmedo) Cloroformo Decalin Dibutil Ftalato Dióxido de Azufre (seco) Dióxido de Azufre (húmedo) Dowtherm A Efluente Sanitario (cloaca) Etano Etanol Éter di Butílico Éter Etílico Éter Metílico Etileno Glicol Fenol Fluoreto de Aluminio
  61. 61. 60 Fluido NBR 4 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 1 2 1 1 1 2 1 FE 4 1 1 4 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 2 4 4 4 4 3 1 1 1 3 1 1 1 CR 4 2 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 2 1 2 1 1 2 1 4 4 4 4 4 1 4 1 1 1 1 1 SBR 4 1 1 1 2 4 2 4 1 1 4 2 3 1 2 2 2 2 2 4 4 1 1 4 1 4 4 4 4 3 2 4 1 1 1 1 1 NR 4 1 2 1 2 4 2 4 1 1 4 2 3 1 2 2 1 2 2 4 4 1 1 4 1 4 4 4 4 3 2 4 1 1 1 1 1 SI 4 1 4 4 2 3 1 4 1 1 4 3 1 3 3 3 1 2 2 4 4 1 3 4 1 4 4 4 4 3 1 4 1 2 1 1 1 ANEXO 3.2 ( Continuación) RESISTENCIA QUÍMICA DE ELASTÓMEROS PARA JUNTAS Formaldehído Fosfato de Calcio Freón 12 Freón 22 Gas Carbónico Gas Licuado de Petróleo Gas Natural Gasolina Glicerina Glicose Heptano (etano) Hidrógeno Hidróxido de Amoníaco (concentrado) Hidróxido de Calcio Hidróxido de Magnesio Hidróxido de Potasio Hidróxido de Sodio Hipoclorito de Calcio Hipoclorito de Sodio Izo-octano Kerosene Leche Mercurio Metano Metanol Metil Butil Cetona Metil Butil Cetona ( MEK ) Metil Isobutil Cetona ( MIBK ) Metil Isopropril Cetona Metil Salicilato Monóxido de Carbono Nafta Neón Nitrato de Aluminio Nitrato de Potasio Nitrato de Plata Nitrógeno
  62. 62. 61 Fluido NBR 2 1 1 2 1 2 4 2 4 1 2 2 1 1 1 1 2 4 1 1 1 1 1 1 1 2 4 4 4 4 3 1 1 2 1 4 4 FE 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 CR 4 1 2 4 2 1 4 1 3 1 4 2 2 2 1 1 2 4 1 1 1 1 1 1 1 4 4 4 4 4 4 1 1 2 1 4 4 SBR 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 4 2 4 4 1 1 2 4 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 1 2 2 1 4 4 NR 4 4 4 4 4 2 4 1 4 4 4 2 4 4 1 1 1 4 1 1 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 4 1 2 2 1 4 4 SI 4 4 1 4 4 1 1 2 1 4 4 1 4 4 3 3 2 4 1 3 1 1 1 1 1 4 3 4 4 4 4 1 1 1 1 4 4 ANEXO 3.2 ( Continuación) RESISTENCIA QUÍMICA DE ELASTÓMEROS PARA JUNTAS Octano Óleo Combustible Óleo Combustible Ácido Óleo Crudo Óleo de Madera Oxígeno Oxígeno ( 100-200’C ) Oxígeno Líquido Ozono Pentano Percloroetileno Peróxido de Hidrógeno Petróleo Propano Silicato de Calcio Silicato de Sodio Soluciones Cáusticas Solventes Clorados Sulfato de Aluminio Sulfato de Amoníaco Sulfato de Cobre Sulfato de Magnesio Sulfato de Sodio Sulfato de Zinc Sulfato de Magnesio Tetracloruro de Carbono Tetracloroetano Thinner Tolueno Tricloroetano Tricloroetileno Whisky Vapor Vinagre Vino Xileno Xilol
  63. 63. 62
  64. 64. 63 CAPITULO 4 JUNTAS EN LAMINAS COMPRIMIDAS 1. LAMINAS COMPRIMIDAS TEADIT Son fabricadas a partir de la vulcanización bajo presión de elastomeros con fibras minerales o sintéticas. Por ser bastante económicos con relación a su desempeño, son los materiales mas usados en la fabricación de juntas industriales, cubriendo una amplia gama de aplicación. Sus principales características son: • Elevada resistencia al aplastamiento • Bajo creep (creep relaxation) • Resistencia a altas temperaturas y presiones • Resistencia a productos químicos 2. COMPOSICIONYCARACTERISTICAS En la fabricación de láminas comprimidas, fibras de amianto u otros materiales como el Kevlar*, son mezclados con elastómeros y otros materiales, formando una masa viscosa. Esta masa es calandrada en caliente hasta la formación de una hoja con las características y dimensiones deseadas. La fibra, el elastómero o la combinación de elastómeros, otros materiales, la temperatura y tiempo de procesamiento, se combinan de una forma que resulta en una lámina comprimida con características específicas para cada aplicación. (*Marca registrada de E. I. Du Pont de Nemours, EUA)
  65. 65. 64 2.1 FIBRAS Las fibras poseen la función estructural, determinando, principalmente las características de elevada resistencia de las láminas comprimidas. En cartones a base de amianto, el problema de riesgos personales a los usuarios es bastante reducido, por estar las fibras totalmente impregnadas por caucho. Las láminas a partir de fibras sintéticas son totalmente “sin amianto”, lo que ofrece mayor seguridad a los usuarios. Importante: se recomienda el uso correcto de láminas de amianto; el lijado, raspado o cualquier otro proceso que provoque polvo, debe ser realizado evitando su inhalación, usando máscaras con filtros descartables. Para más informaciones sobre la manipulación y uso correcto de amianto, consultar las reglamentacione especificas de cada país. 2.2 ELASTOMEROS Los elastómeros, vulcanizados bajo presión con las fibras, determinan la resistencia química de las láminas comprimidas, dándoles también sus características de flexibilidad y elasticidad. Los elastómeros mas usados son: • Caucho natural ( NR ): producto natural extraído de plantas tropicales que presenta excelente elasticidad, flexibilidad, baja resistencia química y a la temperatura. • Caucho estireno-butadieno ( SBR ): también conocido como “caucho sintético”, fue desarrollado como alternativa al caucho natural y posee características similares. • Cloroprene ( CR ): Mas conocido por el nombre comercial de Neoprene*, posee excelente resistencia a los aceites, gasolina, solventes de petróleo y al Ozono. • Caucho nitrílico ( NBR ): superior a los cauchos SBR y CR en relación a productos químicos y temperatura. Tiene excelente resistencia a los aceites, gasolina, solventes de petróleo, hidrocarburos alifáticos y aromáticos, solventes clorados y aceites vegetales y animales. • Hypalon: posee excelente resistencia química inclusive a los ácidos y álcalis. 2.3 REFUERZO METALICO Para elevar la resistencia a la compresión, las láminas comprimidas pueden ser reforzadas con malla metálica. Estos materiales son recomendados para aplicaciones donde la junta esta sujeta a tensiones mecánicas altas. La malla es normalmente de acero al Carbono, pudiendo ser usado también el acero inoxidable, para resistir mejor al fluido sellado. La juntas de lamina comprimida con inserción metálica presenta una sellabilidad menor, pues la inserción de la malla posibilita una fuga a través de la
  66. 66. 65 propia junta. La tela también dificulta el corte de la junta y debe ser usada solamente cuando es estrictamente necesario. 2.4 ACABADO SUPERFICIAL Los diversos tipos de láminas comprimidas, son fabricadas con dos acabados superficiales, los dos con el sello de tipo y marca Teadit: • Natural: permite una mayor adherencia a la faz de la brida. • Grafitado: evita la adherencia a la brida, facilitando el recambio de la junta si este es frecuente. 2.5. DIMENSIONES DE PROVISION Las láminas comprimidas Teadit son comercializadas en hojas de 1500 mm por 1600mm. Bajo pedido pueden ser fabricadas en hojas de 1500 mm por 3200 mm. Algunos materiales también pueden ser fabricados en hojas de 3000 mm por 3200 mm. 2.6 CARACTERISTICAS FISICAS Las asociaciones normalizadoras y los fabricantes, desarrollaron varios ensayos para permitir la uniformidad de fabricación, determinación de las condiciones, limites de aplicación y comparación entre los materiales de diversos fabricantes. 2.6.1 COMPRESIBILIDAD Y RECUPERACION Medida de acuerdo con la Norma ASTM F36A, es la reducción de espesor del material cuando es sometido a una carga de 5000 psi ( 34.5 MPa) y se expresa como un porcentaje del espesor original. Recuperación es la retomada de espesor cuando la carga es retirada, y se expresa como porcentaje del espesor comprimido. La compresibilidad indica la capacidad del material de acomodarse a las imperfecciones de la cara de la brida. Cuanto mayor es la compresibilidad, mas fácilmente el material rellena las irregularidades. La recuperación indica la capacidad del material de absorber los efectos de las variaciones de presión y temperatura. 2.6.2 SELLABILIDAD Medida de acuerdo con la Norma ASTM F37, indica la capacidad de sellar, bajo condiciones controladas de laboratorio con isoctano, a la presión de 1 atmósfera y de carga en la brida variando de 125 psi (0.86 MPa) a 4000 psi (27.58 MPa)
  67. 67. 66 2.6.3 RETENCION DE TORQUE Medida de acuerdo con la norma ASTM F38, indica la capacidad del material en mantener el apriete a lo largo del tiempo, se expresa como el porcentaje de pérdida de la carga inicial. Un material estable retiene el torque después de una pérdida inicial, al contrario de un material inestable que presenta una perdida continua causando una degradación del sellado con el tiempo. La presión inicial del test es de 21 MPa, temperatura 100 o C y tiempo 22 horas. Cuanto mayores son el espesor del material y la temperatura de operación, menor es la retención del torque. Las Normas DIN 52913 y BS 2815 establecen los métodos de medición de la retención de torque. 2.6.4 INMERSION EN FLUIDO Medida de acuerdo con la Norma ASTM F146, permite verificar la variación del material, cuando esta inmerso en fluidos por tiempo y temperatura determinados. Los fluidos de ensayo de inmersión más usados son el aceite IRM 903, basado en petróleo y el ASTM Fuel B, compuesto por 70% isoctano y 30% tolueno y también inmersión en ácidos. Son verificadas las variaciones de compresibilidad, recuperación, aumento de espesor, reducción de resistencia a la tracción y aumento de peso. 2.6.5 RESISTENCIAALATRACCION Medida de acuerdo con la Norma ASTM F152, es un parámetro de control de calidad y su valor no esta directamente relacionado con las condiciones de aplicación del material. 2.6.6 PERDIDAPORCALCINACION Medida por la Norma ASTM F495 indica el porcentaje de material perdido al calcinar el material. 2.6.7 DIAGRAMAPRESIONXTEMPERATURA No existiendo ensayo internacionalmente adoptado para establecer limites de operación de los materiales para juntas, Teadit desarrollo procedimiento especifico para determinar la presión máxima de trabajo, en función de la temperatura. El fluido de test es el Nitrógeno. 3 PROYECTO DE JUNTAS CON LAMINA COMPRIMIDA 3.1 CONDICIONES OPERACIONALES Al iniciar el proyecto de una junta debemos, en primer lugar, verificar si las condiciones operacionales son adecuadas al uso de la lamina comprimida. La presión y la temperatura de trabajo, deben ser comparadas con las máximas indicadas por el fabricante.
  68. 68. 67 Para las Láminas Comprimidas Teadit del tipo NA (No Amianto), fueron determinadas las curvas P x T que representan el comportamiento del material, considerando la acción simultanea de presión y temperatura. Las curvas P x T son determinadas con Nitrógeno y junta de 1.6 mm. de espesor. Para determinar si una condición es adecuada, se debe verificar si la presión y la temperatura de operación esta dentro de la faja recomendada para el material, que es representada por el área bajo la curva inferior del gráfico. Si el punto cae fuera del área entre las dos curvas es necesario consultar a Teadit pues, dependiendo de otros factores tales como el tipo de fluido y la existencia de ciclo térmico puede o no ser adecuado para la aplicación. 3.2RESISTENCIAQUIMICA Antes de decidirnos por el uso de un tipo de lamina comprimida, debemos verificar su resistencia química al fluido a ser sellado. El Anexo 4.2, en el final de este capítulo, presenta la compatibilidad entre varios productos y las diversas láminas comprimidas Teadit. Importante: Las recomendaciones del Anexo 4.2 son genéricas, por lo tanto las condiciones particulares de cada caso deben ser analizadas cuidadosamente. 3.3 TIPOS DE JUNTAS 3.3.1. TIPO 810 RF ( RAISED FACE ) El Tipo 810 o RF (Figura 4.1) es una junta cuyo diámetro externo es tangente a los bulones, haciéndola autocentrante al ser instalada. Es el tipo de junta más usada en bridas industriales, por ser más económica sin perdida de perfomance. Siempre que sea posible, debe ser usada el tipo RF, pues es más económica y presenta menor área de contacto con la brida, teniendo así un mejor aplastamiento. Figura 4.1
  69. 69. 68 3.3.2. TIPO 820 FF ( FULL FACE ) El tipo 820 o FF (Figura 4.2) es una junta que se extiende hasta el diámetro externo de la junta. Es normalmente usada en bridas de materiales frágiles o de baja resistencia. Se debe tener bastante cuidado en aplastar adecuadamente la junta debido a su mayor área de contacto. Figura 4.2 3.3.3 TIPO 830 PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR Es bastante frecuente el uso de juntas en bridas no normalizadas, como, por ejemplo, en los espejos de los intercambiadores de calor. Es este caso, las recomendaciones de proyecto del Capítulo 2 de este libro deben ser observadas cuidadosamente. La presión máxima de aplastamiento no debe sobrepasar los valores indicados para cada tipo de lámina comprimida. 3.4 DIMENSIONAMENTO PARA BRIDAS NORMAS ASME Las juntas para uso en bridas ASME, están dimensionadas en la Norma ASME B16.21, Nonmetallic Flat Gaskets for Pipe Flanges. En esta norma están las dimensiones de las juntas para diversos tipos de bridas, usados en tuberías y equipos industriales, según Anexos 4.3 a 4.10. 3.5 DIMENSIONAMIENTO PARA BRIDAS NORMA DIN Las dimensiones de las juntas según Norma DIN 2690 están en el Anexo 4.11. 3.6 DIMENSIONAMIENTO PARA OTRAS NORMAS Otras asociaciones normalizadoras también especifican las dimensiones para juntas. Las normas BS y JIS de Inglaterra y Japón, respectivamente, son usadas en equipos proyectados en estos países.
  70. 70. 69 Diámetro Externo Diámetro Interno Círculo de Agujeros Centro a centro de los agujeros de los bulones 3.7 TOLERANCIAS Las tolerancias de fabricación con base en la Norma ASME B16.21 están en la Tabla 4.1. Tabla 4.1 Tolerancias de Fabricación Hasta 300 mm (12") Encima de 300 mm (12") Hasta 300 mm (12") Encima de 300 mm (12") +0 -1.5 +0 -3.0 ± 1.5 ± 3.0 ± 1.5 ± 0.8 Característica Tolerancia - mm 4 JUNTAS DE GRANDES DIMENSIONES Cuando las dimensiones de la junta fueran mayores que la hoja de lámina comprimida, o si debido a razones económicas, fuera necesario su fabricación en sectores, son usados dos tipos de enmienda: cola de milano y chaflanada. 4.1 COLA DE MILANO Es la enmienda más usada en aplicaciones industriales, permitiendo la fabricación en cualquier tamaño y espesor, según se muestra en la Figura 4.3. Cada unión macho y hembra es ajustada de modo que haya el mínimo huelgo. Al montar debe ser observada la indicación existente, evitando cambios de sectores. El dimensionamiento de la “Cola de Milano”, debe seguir las siguientes recomendaciones: Juntas con ancho ( L ) menor o igual a 200 mm: A = B = C = (.3 a .4 ) L Juntas con ancho mayor 200 mm: A = (.15 a .2 ) L B = (.15 a .25 ) L C = (.25 a .3 ) L
  71. 71. 70 Figura 4.3 4.2 CHAFLANADA Cuando la fuerza de aplastamiento no fuera suficiente, pueden ser hechas enmiendas chaflanadas y pegadas (Figura 4.4). Debido a las dificultades de fabricación, solo es viable este tipo constructivo para espesores de 3,2 mm como mínimo. No es recomendado el uso de este tipo de enmiendas con Láminas Comprimidas con Amianto, al lijar la unión puede generar polvo, operación sujeta a controles de nivel de fibras en el medio ambiente. Figura 4.4 PegadoPegadoPegadoPegadoPegado
  72. 72. 71 5. ESPESOR El Código ASME recomienda tres espesores para aplicaciones industriales: 1/32" ( 0.8 mm ), 1/16" (1.6 mm ) y 1/8" ( 3.2 mm ). Al especificar el espesor de una junta, debemos tener en consideración, principalmente, la superficie de sellado. Como regla general, se recomienda que la junta sea de espesor apenas lo suficiente para rellenar las irregularidades de la cara de la brida. Aplicaciones prácticas con buenos resultados recomiendan que el espesor sea igual a cuatro veces la profundidad de las ranuras. En espesores arriba de 3,2 mm solo deben ser usadas estrictamente cuando sea necesario. En bridas muy desgastadas, distorsionadas o de grandes dimensiones, pueden ser usados espesores de hasta 6,4 mm. Para bridas con superficies rectificadas o pulidas, se deben usar juntas con el menor espesor posible (hasta 1.0 mm). No habiendo ranuras o irregularidades para “morder”, la junta puede ser expulsada por la fuerza radial provocada por la presión interna. 6. FUERZA DE APRIETE EN LOS BULONES La fuerza de apriete de los bulones debe ser calculada de acuerdo con las recomendaciones del Capítulo 2 de este libro. Esta fuerza no debe provocar presión de aplastamiento excesivo estrujando la junta. La presión máxima de apriete, depende del espesor y de la temperatura de trabajo de la junta. A la temperatura ambiente la presión máxima de aplastamiento recomendada es de 210 MPa (30 000 psi). 7. ACABADO DE LAS JUNTAS El acabado para la mayoría de las aplicaciones debe ser el natural. El uso de antiadherentes como grafito, silicona, aceites o grasas, disminuyen la fricción con la brida, dificultando el sellado y disminuyendo la resistencia a altas presiones. El acabado grafitado solo debe ser usado cuando fuera frecuente el desmontaje. En este caso se recomienda el grafitado en solamente un lado. El grafitado en ambos lados solo debe ser especificado en juntas para trabajos en temperaturas muy elevadas, pues el grafito eleva la resistencia superficial al calor. No se recomienda la lubricación con aceites o grasas. 8. ACABADO DE LAS SUPERFICIES DE SELLADO DE LAS BRIDAS. El acabado de las superficies de la brida en contacto con la junta debe tener una rugosidad superficial para “morder” la junta. Es recomendado el ranurado concéntrico o en espiral fonográfico especificado por las Normas ASME B16.5 y MSS SP-6, normalmente encontrado en las bridas comerciales. Ambos son maquinados por herramientas con no menos de 1.6 mm (1/16") de radio, teniendo 45 a 55 ranuras por pulgada. Este acabado debe tener de 3.2 µm (125 µpul) Ra a 6.3 µm

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