elementos de tuberías curso de dibujo y diseño de tuberias

CURSO DE
DIBUJO Y DISEÑO
DE TUBERIAS
ELEMENTOS DE TUBERÍAS
I.M.P.
SUBDIRECCIÓN DE CAPACITACIÓN
MÉXICO, D.F.
OBJETIVO:
Esta unidad tiene como propósito, que usted conozca e identifique: las
características principales de las bridas, sus usos particulares de cada una y la
simbología correspondiente en los dibujos de tubería.
Contenido
3. Bridas
3.1 Tipos
3.2 Caras
3.2.1 Plana y realzada
3.2.2 Macho y hembra
3.2.3 Lengüeta y ranura
3.2.4 Traslapada
3.2.5 Junta de anillo
3.3 Uniones Bridadas
3.4 Simbología unifilar y bifilar
3.5 Empaquetaduras
3.6 Junta metálica
3.7 Laminas
3.8 Tablas de dimensiones
3. Bridas.
La brida (flange) es una pieza de fierro dulce o de acero forjado, de forma
anular, cuyo orificio interior grande y concéntrico se adopta al diámetro del tubo, y los
taladros pequeños situados en un círculo mayor concéntrico sirven para pasar por ellos
unos pernos que se fijan con tuercas. Las bridas se usan por pares.
Las bridas sirven para unir por sus extremos dos tubos o un tubo y un accesorio
o una válvula, cuando estos dos últimos están bridados.
Las bridas son el medio más seguro, de unir elementos de una tubería y
además el mas fácil de desarmar en las labores de mantenimiento.
Hay bridas de diversas formas según sean las condiciones de uso y para diversas
presiones que varían desde 125# hasta 2500# y aún mas. Naturalmente la robustez de
las bridas aumenta conforme aumenta la presión interior del tubo. El material con que se
fabrican puede ser fierro dulce o maleable, acero al carbón y acero de aleación forjados,
con sujeción A las especificaciones gobernantes de ASTM, ASME, ASA Y API.
La circunferencia en la cual están situados los centros de los taladros para los
pernos se llama "Círculo de los Pernos".
3.1 Tipos
Según sea la forma de unirlos al tubo, las bridas pueden ser:
Además, hay las siguientes variantes:
Los diversos tipos de bridas se muestran en la lamina No.5.
3.2. Caras
3.2.1. Plana y realzada
La cara de una brida puede ser plana o realzada. Las bridas de fierro forjado para
baja presión, 125#, tienen cara plana (flat face). Las bridas de acero forjado estándar también pueden tener cara plana, aunque por lo regular de 150# a 250# tienen cara
realzada (raised face). Para bridas de acero de 150# y 300# el realzo de la cara es de
1/16" y en bridas de 400# a 2500# el realzo normal es de 1/4", aunque también puede
serlo de 1/16". En las bridas de junta de anillo (ring joint) el realzo varía de 7/32" para
las de 150# a 11/16" en las bridas de 2500#.
El acabado de las caras resaltadas puede ser:
A)
Cara lisa (plane face); B).- Junta despulida para vapor (scraped steam joint);
C).- Diente de sierra (serrated face), o sea un dentellado en é1ngulo de 90°
comprendido, con paso de 1/32" y profundidad del surco de 1/64" en círculos
concéntricos, y D).- Acabado [onogré1fico (phOll0 graphic iinish), cuyo dentellado es
igual que el anterior solo que con surco continuo en forma de espiral.
CARA PLANA
(FLAT FACE)
FIG. 9 ACABADO DE CARAS RESALTAS
3.2.2. Macho y Hembra
En este caso una de las bridas es de cara resaltada o macho (male) y la brida
compañera (companion flange) en el resalto de la cara, que es de mayor diámetro,
incluye el rebajo o cara de la hembra (female). Se distinguen dos tipos:
1. Machihembrado grande (large male-female)
2. Machihembrado chico (small male & female)
MACHIHEMBRADO GRANDE
(Large Male Female
MACHIHEMBRADO CHICO
(Small Male and Female
FIG. No. 10
Observación. Nótese que en las bridas de machihembrado corto o único, la brida
compañera o hembra en vez de resalto tiene un rebajo.
El machihembrado chico tiene
una alternativa con bridas roscadas ,
donde el macho se forma con una parte
saliente del tubo, torneado a la medida,
y la caja de la hembra está torneada en
la brida compañera. Ambas bridas son
de cara plana (flat face).
Fig. 11
Machihembrado Chico
(Small male and female)
3.2.3 Lengüeta y Ranura.
En estas bridas la lengüeta (tongue, lengua) está forma da por una moldura
circular saliente, que es parte de 18 la cara resaltada, la cual penetra en la ranura
(groove) circular contraria hecha en la cara resaltada de la brida compañera. También se
distinguen dos tipos:
1.- Lengüeta grande y ranura (large tongue & groove)
2.- Lengüeta chica y ranura (small tongue & groove)
La diferencia entre ambas consiste en que la lengüeta, y por consecuencia la
ranura, es mas o menos ancha, variando solamente el diámetro exterior de ellas.
LENGUETA
GRANDE
(Large tonque and grove )
Y
RANURA
Fig. 12
LENGUETA
CHICA
(Small tonque and grove )
Y
RANURA
Observación. Las bridas machihembradas y las de lengüeta y ranura proveen de un buen
empalme y selladura en las juntas de conexión; pero es necesario que tengan espacio y
facilidades para desplazamiento longitudinal cuando hay que desarmarlas.
3.2.4 Traslapada
La brida con junta traslapada (lapped joint) queda holgada y suelta, en la cabeza
de un tubo que a su vez está como acampanado, es decir, terminado por una ceja propia
cuyos diámetros, interior y exterior, coinciden con los de una cara resaltada; pero tiene
el mismo espesor de la pared del tubo. Por lo general esta cabeza de tubo con ceja se
consigue soldándole en el extremo un casquillo con ceja de traslape (lap joint stub end).
Las bridas de traslape o de Van Stone son muy útiles porque el acomodo de los
pernos de sujeción no guardan una posición rígida. Se usan en la conexión de
recipientes que no guardan un alineamiento perfecto con la tubería, o en curvas de
expansión que unen dos tubos que están situados en planos diferentes.
3.2.5
Junta de anillo
Las bridas con juntas de anillo (ring joint flanges) llevan ambas una ranura en su
cara resaltada y entre ambas ranuras se acomoda un anillo de acero.
Fig. 13 Junta traslapada
(Lapped Joint)
Este anillo de acero más suave que el de las bridas, hace las funciones de
empaquetadura y de lengüeta removible enlazando y sellando la junta, y esta destinada a
mantener las bridas en posición invariable y a resistir esfuerzos laterales de corte o
cizalleo. Para usarlos es preciso que puedan desunirse mediante una separación de las
caras de las bridas.
Los anillos (rings) y por consecuencia las ranuras (grooves) se fabrican en dos
formas: a) De sección oval y b) De sección octagonal.
Junta de anillos
(Ring Joint)
Fig. 14
Observaciones y notas. Las dimensiones R, S, T, U, W, X, Y, Z, de caras de
bridas, son invariables para las presiones de 150, 300, 400, 600, 900, 1500 y 2500 libras
por pulg. 2 Las dimensiones 0 y K si son variables. En la tabla X se encuentran las
dimensiones invariables de acuerdo con ASA Standard B16e-1939.
3.3 Uniones bridadas.
Una tubería se forma generalmente soldando los tubos a tope, para lo cual deben
estar biselados como ya se ha dicho.
Sin embargo, en las tuberías largas se hace necesario interrumpirlas en algunos
lugares para poder desconectarlas con facilidad, ya sea para servicio de mantenimiento
o por que hay salidas próximas. En tuberías de campo puede observarse que hay
uniones bridadas cada cuatro tubos soldados, más o menos, lo que permite moverlos
lateralmente con cierta relativa facilidad. Las salidas laterales pueden hacerse mediante
una Te, una Ye o un inserto soldado. Si el inserto, la Te o la Ye están soldados,
conviene poner cerca, en la tubería general, una unión con bridas; pero si la Te o la Ye
son bridadas, entonces ya se hace innecesario poner más bridas porque son costosas y
ya resultan inútiles.
En trabajos de tubería prefabricada (prefabricated piping) o sea la fabricación
que se le hace en el taller de tramos de tubería mas o menos complicada, lo que
resulta ventajoso por la comodidad que ésto representa para trabajar y la exactitud
que se consigue en las medidas, casi siempre tienen sus extremos terminados con
bridas para poder hacer las conexiones con las del equipo o con válvulas e
instrumentos bridados, aunque también algunos extremos de tubo, de estos tramos de
tubería, en vez de bridas están biselados para soldarse en el campo con otros tubos.
Los accesorios bridados se fabrican con acero vacíado o fundido para presiones de
150#, 300#, 600#, 900# Y 1500#. Sin embargo, parece que este procedimiento tiende a
desparecer debido a las dificultades que presenta su fabricación. Actual mente se sigue
en gran parte el procedimiento de soldar bridas deslizantes (slip-on) directamente al
accesorio para soldar, si es necesario, o mejor .aún: se les sueldan bridas con cuello lo
que parece resultar más económico.
Símbolos de las conexiones y accesorios bridados.
Como en los dos casos anteriores de conexiones roscadas y para soldar, se distinguen
dos formas de dibujar la tubería y conexiones bridadas: unifilar y bifilar.
3.4 Simbología Unifilar y Bifilar
Siendo sencillo trabajar con una línea, se prefiere este método, para esquemas,
isométricos, tubería prefabricada y para el detalle de tubería hasta de 1 ½”. En el
método unifilar el símbolo fundamental de las dos bridas que forman una conexión, es
el trazo de dos rayitas paralelas transversales a la línea general, más o menos dos veces
el diámetro del tubo a escala. (Recuérdese que una conexión roscada se representa con
una sola rayita al tamaño del diámetro del tubo y que una conexión soldada se
representa con un punto grande).
La vista de frente de los accesorios regulares siempre es a una linea que sigue el
trazo del eje con dos rayitas transversales que representan las bridas en cada uno de
los extremos de sus ramas; mas si los accesorios son reductores o tienen alguna forma
especial; se dibuja una figura plana que de idea del accesorio de que se trata, con los
diámetros de tubo que corresponde representar en sus extremos, a escala si es posible
o necesario, y limitando los extremos de las ramas bridadas con dos rayitas paralelas
separadas, a mayor diámetro como ya se ha dicho.
En cuanto a las vistas de planta, lateral y corte donde hay accesorios de ramas en
ángulo recto, los tubos y bridas vistos de punta se proyectan en forma de círculos
concéntricos en su verdadera magnitud, no así las vistas de accesorios cuyas ramas
están a 45° o cualquier otro ángulo, donde las proyecciones de las bridas tendrán que
ser de forma elíptica. Los símbolos unifilares de las conexiones y accesorios bridados
más comunes se muestran en la lámina 6.
Simbología bifilar
El dibujo en dos líneas de la tubería bridada se hace como en les casos
anteriores, para detallar una instalación de tubería y se dibujan así los tubos de 2" y
mayores. Los accesorios se dibujan con los mismos diámetros de los tubos que unen,
ya sean regulares o reductores, como los accesorios para soldar, y cada una de las
bridas estará representada por un rectángulo pequeño alargado, y por lo tanto una
unión con dos bridas estará representada por dos figuras semejantes contiguas, y en
cuanto a las curvas que se proyectan en forma elíptica de una conexión bridada son
triples. Conviene siempre que las dimensiones de los accesorios se limiten a escala
aunque sea aproximadamente.
Los símbolos bifilares de las conexiones y de los accesorios bridados mas
comunes se muestran en la lamina 7.
Ambos signos son expresivos, lógicos y usuales. El símbolo (1), (a) y (b), es más
usual en planos de tubería que el símbolo (2).
3.5 Empaquetaduras
Una empaquetadura (gasket) es una pieza que se coloca entre las caras de las
bridas de una tubería para sellarlas y evitar que ocurran fugas del producto que fluye
interiormente.
Para llenar esta función, una empaquetadura debe ser de una material más blando
que el de las propias bridas para evitar que las raye y para que se amolde perfectamente
a las caras al apretar con los pernos; pero a la vez debe ser de un material que resista la
presión y la temperatura de trabajo en la tubería así como el ataque o corrosividad de la
substancia que se procesa o conduce.
Hay empaquetaduras de composición orgánica natural como el cuero o el caucho;
sintéticas y plásticas como el neopreno, teflón, armalón, vitón, silicón; mineral como los
asbestos; metálicos como el aluminio, latón, cobre, plomo, hierro, aceros de bajo
contenido de carbón, aceros de aleación y aceros inoxidables.
El cuadro siguiente puede servir de guía para elegir una empaquetadura en
relación a valores específicos de presión y temperatura de operación. La columna
central contiene valores en números redondos obtenidos de multiplicar la temperatura T
(°F) por la presión P (lbs/pulg 2 ) máximos de trabajo de los materiales mencionados, de
los que se indica solo la temperatura. Si el producto, T x P, resultara ser mayor de
250000, lo probable es que se trate del uso de una empaquetadura de tipo general.
TABLA XIII
MATERIAL
Caucho
Fibra vegetal
Teflón
Tela encauchada
Asbesto comprimido
Metales
T x P máx.
15 000
40 000
75 000
125 000
250 000
250 000
T máx °F
300
250
500
400
850
Variable
Las empaquetaduras más usuales en las instalaciones petroleras son las de
asbesto comprimido, asbesto revestido, metálicas y las de junta de anillo.
El asbesto o asbestos, es un material de origen mineral, fibroso. Lo componen
diversos materiales del grupo de las anfíbolas, que son rocas ígneas, principalmente la
tremolita, Ca 2 Mg5 (0H)2 (Si4 O11)2 y la actinolita, Ca2 (Mg, Fe)5 (OH)2 (Si O4)2 , y
otras anfíbolas no aluminosas. Los asbestos resisten bien, altas temperaturas.
Las hojas de asbesto comprimido que se utilizan para hacer las empaquetaduras
pueden tener diversas composiciones y armaduras, para fines específicos indicados por
las casas que los fabrican, tales como Garlock y Durabla. Se usa para presiones de 125#,
150# Y 300# Y temperaturas de alrededor a los 850°F. Los espesores de las láminas
varían de 1/64" a 1/16".
Con las hojas de asbesto comprimido de 1/16" se hacen empaquetaduras para
juntas de bridas de cara plana llena (FF, full faced gasket) y de cara resaltada'(RF,
raised face). Para las primeras, la empaquetadura tiene el diámetro interior alrededor de
1/4" más grande que el del tubo y el diámetro exterior igual al de las bridas; el
punzonado de los agujeros se hace de acuerdo con el Estándar B-16-e de ASA. Para los
segundos las empaquetaduras tienen la forma de anillos y sus dimensiones se consignan
en la Tabla XIV adjunta.
Las empaquetaduras se solicitan de la siguiente forma:
Ejemplo 1: Las empaquetaduras de cara plana llena (FF) deben ser de
composición de asbestos, 1/16” de grueso, agujeros de punzonados de acuerdo con
ASA Est. B-16-e, Durabla o igual:
3 ¼” x 8 ¼”
8 ¼” x 13 ½”
20 ¼” x 27 ½”
300#FF
150#FF
125#FF
Ejemplo 2: Las empaquetaduras de anillo deben ser de composición de asbestos,
de 1/16 de grueso, Durabla o igual:
3 ¼” x 5 ¾”
10 ¼” x 131/4”
300#RF
150#RF
Las empaquetaduras de asbestos revestidas con doble chaqueta (double
jacketed) de metal, de 1/8” de espesor, se usan también para bridas de cara plana llena y
de cara resaltada.
Ejemplo 3: Empaquetaduras de cara plana llena (FF) corrugadas de Hierro
Armco, con doble chaqueta rellena con asbesto, de 1/8” de espesor, agujeros
punzonados de acuerdo con ASA. Est. B-16-e, Metallo #1000 o igual:
8 ¼” x 15”
6 ¼” x 11”
300#FF
150#FF
Ejemplo 4: Empaquetaduras de anillo corrugadas de Hierro Armco, doble
chaqueta rellena con asbestos, 1/8” de espesor, Metallo #1000 o igual:
10 ¼”
3 ¼”
x 14 1/8”
x 5 ¼”
300#FF
150#FF
3.6 Junta metálica.
Una junta de anillo es un tipo de empaquetadura metálica de forma anular y
sección oval u octagonal que se coloca entre las ranuras correspondientes a dos bridas
(para junta de anil1o) de una tubería.
El material de las juntas de anillo debe ser el adecuado para el servicio que
deban prestar y de dureza menor que la del material de las bridas, para poder amoldarse
perfectamente durante el apretamiento de los pernos.
Dureza que deben tener algunos materiales empleados en la fabricaci5n de
anillos:
TABLA
MATERIAL DEL
ANILLO
Hierro suave
Acero bajo carbón
Acero 4-6% Cr, 0.5% Mo.
Acero inoxidable T-410
Acero inoxidable T-304
Acero inoxidable T-316
Acero inoxidable T-347
XV
DUREZA BRINELL
90
120
130
170
160
160
160
MAXIMA ROCKWELL
B
50
68
72
86
83
83
83
Las empaquetaduras de junta de anillo (ring joint gaskets) se distinguen por llevar la
letra R antepuesto a un número.
Se establece una correspondencia entre el número del anillo y el tamaño nominal
y rango de presión de las bridas con las que se usa. También, cuando los anillos han
sido colocados y comprimidos al ser apretados entre las caras de las bridas, queda entre
ellas un espacio libre (e), cuyo valor aproximado debe tomarse en cuenta al hacer el
cómputo de distancias. Estos datos se consignan en la Tabla XVI.
Las bridas para junta de anillo llevan marcado en el lomo de la circunferencia
exterior el número del anillo que debe usarse con ellas. Además, los anillos están
marcados en la cara plana exterior con su número, seguido de otra letra o letra y
numero, que especifican el material del anillo, como se indica en la Tabla XVII.
3.7 Laminas
Lamina 5
Tipos de bridas
Lamina 6
Conexiones bridadas, símbolos unifilares
Lamina 7
Conexiones bridadas, símbolos unifilares
3.8 Tablas de dimensiones
Tabla X
Caras de bridas
Tabla XI
Bridas, tamaños y dimensiones (5 hojas)
Tabla XII
Conexiones bridadas, tamaños y dimensiones (4 hojas)
Tabla XIV
Dimensiones de empaquetaduras para bridas
Tabla XV
Materiales para anillos
Tabla XVI
Dimensiones de empaques en bridas con junta de anillo
Tabla XVII
Identificación de anillos
IMP
CAPACITACION
CONEXIONES BRIDADAS
SIMBOLOS UNIFILARES
LAMINA 6
Hoja 1 de 1
IMP
CAPACITACION
CONEXIONES BRIDADAS
SIMBOLOS UNIFILARES
LAMINA 7
Hoja 1 de 1