Tuberas, Bridas, Roscas y Accesorios.

ObjetivoCon base en una prueba de conceptos tericos sobre

roscas, tuberas, bridas y accesorios de tuberas, el

usuario debe responderla correctamente.

IntroduccinTodos alguna vez hemos visto un tornillo, una tuerca o un tubo; los hay en infinidad de construcciones, aparatos, mquinas y elementos de uso cotidiano. Lo que no todos saben es que cada condicin de trabajo requiere un tornillo, tubo o accesorio especfico.Este mdulo dar a conocer los conceptos bsicos de nomenclatura y tipos de roscas, tubera, bridas y accesorios de tuberas para aprender a identificarlos, distinguirlos y usarlos correctamente.Si desea ms informacin como dimensiones, tolerancias y especificaciones detalladas debe remitirse a las normas ANSI, ASME o ISO.

ContenidoRoscasDefinicin de rosca Perfil rosca unificada Perfiles de roscas comunes Hilos por pulgada Tipos de ajustes Nomenclatura Series estndares Tipos de tornillos Tipos de cabeza Marcadores en la cabeza Arandelas

Roscas en TuberasRoscas en tuberas NPT NPS Otros tipos de roscas

BridasBridas o flanches Tipos de bridas Clases Otras especificaciones Fotos

TuberasTuberas Tamao Nominal Schedule Tamaos y Schedule Construccin del tubo

Accesorios de TuberasDe soldadura tope De encaje Con rosca Con brida Tipos de accesorios Thredolet y Weldolet Fotos Acoples en ramificaciones

Materiales

Roscas

Definicin de RoscaEs un hilo de seccin uniforme enrollado en forma de hlice sobre la superficie interna o externa de un cilindro o cono, donde la hlice es una curva generada por un punto que se mueve uniformemente alrededor del cilindro o cono de forma paralela.Curva helicoidal

Perfil de la rosca Unificada

Definiciones de la roscaPaso: Distancia entre cresta y cresta.Dimetro Mayor: Dimetro entre cresta y cresta; este valor es el mismo tamao de la rosca.Dimetro Menor: Dimetro entre base y base.Dimetro de Paso:Dimetro medio entre cresta y base; ste es el que se mide en la prctica con un micrmetro**El micrmetro es un instrumento de precisin para medir el dimetro de las roscas.

Perfiles de roscas comunesNacional Unificada:Son las ms usadas en el sistema americano (ANSI). Vienen con la base recta o redondeada para distribuir los esfuerzos y hacer la rosca ms resistente a la fatiga.

Las roscas, tuberas y accesorios que se tratarn en este mdulo se basan en la nomenclatura ANSI o ASME (americana); las referencias europeas y japonesa (DIN, British Standard, JIS) fueron omitidas.

Perfiles de roscas comunesACME y Cuadrada:Su uso particular es transmitir potencia y un ejemplo de ello es el tornillo sinfn. Este tipo de rosca es el empleado en el mecanismo de cierre o apertura de las vlvulas de compuerta.

Hilos por pulgadaEs la cantidad de crestas (filos) que tiene la rosca en una pulgada de longitud.

Una rosca: 1/2 - 13 UNC

Tiene media pulgada de dimetro mayor y 13 hilos por pulgada. La rosca es nacional unificada gruesa (los tipos de rosca se explicarn mas adelante).

Como se mencion anteriormente el paso es la distancia entre cresta y cresta en una rosca. Los hilos por pulgada y el paso tienen la siguiente relacin:1Por ejemplo, si una rosca tiene 13 hilos por pulgada su paso es de:

Tipos de ajustesIndican el grado de tolerancia de la rosca (apretada o floja) y si es externa (tornillos) o interna (tuercas o agujeros roscados).Una rosca 1/4 - 28 UNF 2B es:De 1/4 de dimetro mayor, con 28 hilos por pulgada, Nacional unificada fina, de tolerancia media y rosca interna. Puede tratarse de una tuerca o un agujero roscado.

Sheet1

1Mayor tolerancia: Cuando requiere facilidad de armado y el ajuste no es importante.

2Tolerancia Media: Son los ms comunes

3Tolerancia Mnina: Dan un buen ajuste.

ARosca externa.

BRosca interna.

LHRosca izquierda (Left Hand Thread)

Sheet2

Sheet3

NomenclaturaLa norma americana (Nacional Unificada o UN) es la nomenclatura ms usada para los elementos roscados en el campo.Los tipos de roscas unificadas se clasifican en:

UNC (Nacional unificada gruesa u ordinaria): Tiene menos hilos por pulgada que la rosca fina para el mismo dimetro nominal*.

UNF (Nacional unificada fina): La serie Fina tiene ms hilos por pulgada en comparacin con la UNC y es por ello que el paso es menor*.

UNS (Nacional unificada especial): Tiene un tipo de rosca no estndar y es usado en casos especiales.

UNR (Nacional unificada Redondeada): La base de la rosca tiene un entalle redondeado, dando ms resistencia a la fatiga debido a la mejor distribucin de esfuerzos que la rosca UNC. *Las ecuaciones y datos para desarrollar este tipo de nomenclatura, se obtienen de las normas ANSI B1.1 y B18.3.1

Nomenclatura ISOEl sistema mtrico (ISO) tiene el mismo perfil que la rosca unificada a diferencia que el ngulo es de 55 y no 60. Las roscas ISO se especifican expresando el dimetro y el paso en milmetros, en ese orden. Siempre son precedidas por la letra M, que indican que el sistema es mtrico. Por lo tanto M12 x 1.75 es una rosca que tiene un dimetro mayor nominal de 12mm y un paso de 1.75mm. Note que a diferencia de la rosca ANSI, en la ISO se especifica el paso y no los hilos por pulgada.

La nomenclatura de los tipos de roscas como la Whitworth (Britnica), JIS (Japonesa) y la ACME (para transmisin de potencia) no son tratados en el mdulo.

Series Estndares (ANSI)El tamao de las roscas (dimetro mayor) cuando es superior a 1/4 se denota por fracciones de pulgada (5/8, 3/4, 1, etc.). Si es inferior a 1/4 se denota por nmeros que nada tienen que ver con su dimetro.

La tabla muestra el nmero de hilos por pulgada estndares para los tipos de rosca fina y gruesa.

Sheet1

[in.]UNCUNF

Tamaof MayorHilos / in.Hilos / in.

#00.06080

#10.0736472

#20.0865664

#30.0994856

#40.1124048

#50.1254044

#60.1383240

#80.1643236

#100.1902432

#120.2162428

1/40.2502028

5/160.3131824

3/80.3751624

7/160.4381420

1/20.5001320

9/160.5631218

5/80.6251118

3/40.7501016

7/80.875914

11.000812

Sheet2

Sheet3

Tipos de Tornillos No Pasante: Va incrustado en un agujero, el otro extremo queda dentro del material por lo tanto no requiere tuercas. Se le conoce tambin como tornillo goloso.

Pasante: Atraviesa el material, por lo que necesita de una tuerca en el otro extremo para asegurarlo.

Tipos de Cabeza

Tipos de Cabeza

Marcadores en la CabezaIndican el material y la resistencia a la tensin del tornillo (nomenclatura SAE). Generalmente entre ms marcas mayor el grado y su resistencia mecnica.

Sheet1

Grado (SAE)MaterialResistencia a la Tensin (PSI)Grado (SAE)MaterialResistencia a la Tensin (PSI)

1,2 o 4Acero (bajo carbono)65,0006Acero (medio carbono, con temple y revenido)140,000

3Acero (medio carbono, trabajado en fro)110,0007Acero aleado (con temple y revenido)133,000

5Acero (medio carbono, con temple y revenido)120,0008Acero aleado (con temple y revenido)150,000

Sheet2

Sheet3

MBD000C9BFF.bin

MBD000CA9FC.bin

MBD000CA26D.bin

MBD000C7D96.bin

MBD000C8B51.bin

MBD000C71EA.bin

Arandelas o RoldanasLas arandelas (Washer) tienen como funcin:

Servir de apoyo a las tuercas o bases de los tornillosDistribuir las cargas sobre un rea mayor para reducir la presin.Inmovilizar los sujetadores roscados.

Los tipos de arandelas ms comunes son:Planas.Cnicas.De seguridad.

Roscas en tuberas

Roscas en tuberasAlgunos tubos poseen roscas externas o internas para conectar accesorios, vlvulas, medidores, uniones, etc.La norma nacional unificada para tuberas se divide en:

NPT (National Pipe Taper): Rosca cnica, su dimetro exterior se va reduciendo.NPS (National Pipe Straight): Rosca recta, mantienen el dimetro externo constante.

NPTLa nomenclatura es bastante similar:

5 - 8 NPT

Significa tubo de 5 de dimetro externo, rosca de 8 hilos por pulgada y rosca cnica para tuberas (NPT)La rosca cnica tiene una inclinacin (taper) de 3/4 por cada pie de longitud de la rosca; esta inclinacin es la diferencia de dimetros al comienzo y al final.Las dems dimensiones del perfil son iguales a la de la rosca nacional unificada.El nmero de hilos por pulgada es diferente al de las roscas UNC y UNF.Inclinacin de la rosca (exagerada)

NPSUn ejemplo de rosca recta para tuberas es:

1/4 - 18 NPS

Significa tubo de 1/4 de dimetro externo, rosca de 18 hilos por pulgada y rosca recta para tuberas (NPS)La rosca es recta y no tiene ninguna inclinacin. Su perfil es exactamente igual a la rosca nacional unificada solo que aplicada a tuberas.El nmero de hilos por pulgada vara tambin respecto a la rosca UNC o la UNF.

Otros tipos de roscasHay unas pequeas modificaciones de las roscas NPT y NPS, pero en esencia son similares a estas.

Bridas

Bridas o FlanchesConecta dos tubos o un tubo con una vlvula, un medidor, una bomba, etc. Su funcionamiento se basa en aplicar una fuerza suficientemente grande a un empaque de tal manera que cuando est presurizada la tubera, el empaque quede aprisionado contra las bridas y forme un sello.La gran ventaja de las bridas es que permite un rpido y sencillo desmonte de la tubera (contrario a la soldadura o las tuberas roscadas).

46.bin

Tipos de BridasWeld Neck (Con cuello para soldar)

Tiene una seccin cnica saliente. Va soldada al tubo y resiste altas presiones as como cambios bruscos de temperatura.Son muy usadas en el campo.Slip-on (Deslizante)

Se usan en aplicaciones de baja presin. Son fciles de ajustar y soldar; su costo y tiempo de ensamble es menor que la brida weld neck.

Tipos de BridasSocket Weld (De encaje, para soldar)

Igual que la slip-on pero tiene un aro interno que fija la tubera y suaviza el flujo. Resiste altas presiones.Lapped (De junta plana)

A diferencia de la slip-on la cara que va contra la otra brida es completamente plana y lisa. Por lo dems son iguales.Resiste altas presiones.

Tipos de BridasRoscada

El tubo se une a la brida por medio de una rosca tipo NPT.Usada en lugares donde los gases inflamables impiden soldar.Ciega (Blind)

Se usa para sellar el fin de una tubera. Se deben acoplar a otro tipo de brida unido a la tubera.

ClasesSegn su resistencia a la presin, las bridas, accesorios para tuberas y vlvulas vienen designados por una clase estandarizada por la ANSI.

La clase indica la presin recomendada de trabajo, pero segn la temperatura esta puede ser mayor o menor. La ANSI 150 (de 150psi) por ejemplo, resiste 285psi hasta 100F de temperatura, pero su resistencia baja hasta 110psi si se somete a 700F.

Las clases son:150, 300, 600, 900, 1500 y 2500 (en bridas)2000, 3000, 6000 y 9000 (en algunos accesorios)

Las Clases de las bridas usadas Cao Limn son:

ANSI 150: En facilidades.ANSI 300: En pozos.ANSI 900: En la Planta de Inyeccin de Agua.

Otras especificacionesLa norma ANSI B16.5 establece segn la clase de la brida unas dimensiones especficas as como el nmero de pernos que la debe sujetar.Por ejemplo, una brida ANSI 150 de 3 (3 de dimetro nominal y clase 150) debe tener 4 pernos de 5/8 cada uno.Si la brida es ANSI 150 de 20 el nmero de pernos se eleva a 20 (de 1 1/8 cada uno).

Fotos de BridasWeld neck ANSI 900 (Planta de Inyeccin)Weld neck ANSI 150Slip-on ANSI 150Ciega (Blind) ANSI 150

Tuberas

TuberasSon los materiales de uso ms comn para la conduccin de lquidos, gases y aire. Aqu se tratarn exclusivamente los tubos de acero al carbn e inoxidables.

Tamao Nominal (NPS)El Tamao de un tubo se da por su dimetro nominal (NPS) o Nominal pipe Size que es el estndar por la API y la ASTM.

No se debe confundir rosca tipo NPS con dimetro nominal del tubo (NPS tambin). Si se est refiriendo a una rosca para tuberas, el NPS va al final de la nomenclatura, en los tubos va en el medio.

Por ejemplo:1/4 - 18 NPS es una rosca para tuberas (NPS va al final).1/4 NPS ANSI 40 es un tubo de 1/4 de dimetro nominal (NPS en el medio).

Para tubos entre 1/8 y 12 de dimetro externo (O.D.) el valor nominal no corresponde exactamente con el dimetro externo.Por ejemplo, para un tubo 2NPS (2 nominales) su dimetro externo es 2.375.

Los tubos con dimetro externo mayor a 14 tienen exactamente el mismo valor nominal. Un tubo 18NPS tiene 18 de dimetro externo.

ScheduleLos tubos tambin se diferencian por su peso o espesor de las paredes; esto se llama schedule o cdula.Antiguamente se designaban tres tipos:

Estndar (Std)

Los ms utilizados. Tienen la pared ms delgada y son los ms econmicos.

Extra fuerte (XS)

Tiene ms espesor que el estndar y resiste ms presin.

Doble extra fuerte (XXS)

Tiene el doble de espesor que el extra fuerte (XS) y es el ms resistente.

ScheduleHoy en da la ANSI design otra forma de referirse al espesor del tubo y es mediante nmeros.

La designacin numrica va desde 10 hasta 160, siendo ste ltimo el ms grueso y el de mayor resistencia a la presin. Los ms usados son 40, 80 y 160 por su similitud con STD, XS y XXS.

Tenga en cuenta las siguientes equivalencias de la designacin antigua con la moderna:

El Schedule Estndar (STD) es igual al Schedule 40 hasta tubos de 10. De ah en adelante el espesor STD siempre ser 0.375 y diferente al schedule 40.

El Schedule Extra Fuerte (XS) es igual al Schedule 80 hasta tubos de 6. Para dimetros mayores el espesor del XS es de 0.5

El Schedule Doble Extra Fuerte (XXS) tiene el doble de espesor que el XS hasta 8 de dimetro nominal. A partir de ah su espesor es de 1 y slo est disponible hasta 12 de dimetro.

Tamaos y ScheduleEsta tabla muestra para cada dimetro nominal, su dimetro externo, espesor y peso del tubo.

Note lo siguiente:

Hasta 12 el schedule estndar (STD) es igual al 40.

Hasta 8 el schedule extra fuerte (XS) es igual al 80.

El XXS tiene el doble de espesor que el XS (slo hasta 8).

Sheet1

Espesor ParedDimetrosPeso

Tamao NominalTamaoScheduleDimetro Externo [in]Dimetro Interno [in]Espesor pared [in]Peso [lb/ft]

1Std401.3151.0490.1331.68

XS801.3150.9570.1792.17

XXS1.3150.5990.3583.66

2Std402.3752.0670.1543.65

XS802.3751.9390.2185.02

XXS2.3751.5030.4369.02

3Std403.5003.0680.2167.57

XS803.5002.9000.30010.24

XXS3.5002.3000.60018.56

4Std404.5004.0260.23710.78

XS804.5003.8260.33714.97

XXS4.5003.1520.67427.51

6Std406.6256.0650.28018.95

XS806.6255.7610.43228.54

XXS6.6254.8970.86453.10

8Std408.6257.9810.32228.52

XS808.6257.6250.50043.34

XXS8.6256.8750.87572.35

10Std4010.75010.0200.36540.44

XS6010.7509.7500.50054.68

XXS14010.7508.7501.000104.02

12Std4012.75011.9380.40653.47

XS12.75011.7500.50065.35

XXS12012.75010.7501.000125.36

14Std3014.00013.2500.37554.51

XS14.00013.0000.50072.01

16Std3016.00015.2500.37562.51

XS4016.00015.0000.50082.68

20Std2020.00019.2500.37578.52

XS3020.00019.0000.500104.02

24Std2024.00023.2500.37594.52

XS24.00023.0000.500125.36

Sheet2

Sheet3

ScheduleTenga en cuenta lo siguiente:

El dimetro nominal de un tubo no es siempre el mismo dimetro externo. Esto slo se cumple a partir de los tubos de 14 o mayores. Sin embargo, para tubos menores a 12 los valores son muy cercanos.

Otra forma de referirse al schedule de un tubo es anteponindole la palabra ANSI. Por ejemplo, un tubo con Schedule 80 se conoce mejor como un tubo ANSI 80.

En Cao Limn la mayora de tubos son ANSI 40 o Estndar (en la planta de inyeccin se usa ANSI 80).

Sin importar el schedule los tubos siempre tienen el mismo dimetro externo; el ancho de la pared afecta el dimetro interno.

Construccin del TuboEl proceso de elaboracin del tubo influye en su resistencia y aplicacin.

Tubo con costura (Welded wrought pipe):

Consta de una lmina de acero doblada y soldada longitudinalmente para cerrar la forma cilndrica. Pueden ser soldados por Soldadura de Arco sumergido, pero el mtodo ms usado es la soldadura de alta frecuencia (ERW/HFI) en la que un carrete de dos rodillos dobla la lmina y la suelda de manera automatizada.

Construccin del TuboTubo sin costura (Seamless Pipe):

Su proceso de fabricacin es generalmente por fundicin centrfuga. Actualmente son los tubos ms econmicos y los ms usados en el campo.Tubos sin costuraTubos con costura

Accesorios

AccesoriosLos accesorios deben estar marcados segn la norma ANSI con lo siguiente:

Nombre del fabricanteMaterial de la pieza (nomenclatura ASTM o ASME)Schedule (ancho de la pared)Tamao nominal de la tubera (NPS)

Los accesorios se clasifican por su ensamble en:

De soldadura tope (Buttwelding fittings)De encaje para soldar (Socket Weld fittings)Roscados (Threaded fittings)Con Brida (Flange fittings)

Accesorios de soldadura topeSon unidos a la tubera por medio de soldadura a tope. Su tamao se da por el dimetro nominal del tubo (NPS) y el schedule.Los accesorios de soldar a tope ms comunes son:

Codo largo a 45 y 90 gradosCodo ReductorCodo de retorno (largo y corto)Codo corto a 90 gradosTe y Cruz rectaTe y Cruz reductoraTaponesReductores

Accesorios de soldadura topePoseen biseles (puntas recortadas en ngulo) para facilitar la soldadura; el tubo tambin debe ser biselado antes de efectuar la unin.

Una vez unidos, el dimetro externo de ambas piezas es exactamente igual.

Se encuentran disponibles en casi todos los tamaos, por eso son los ms usados en las facilidades y pozos.

Accesorios de encaje (Socket)Los accesorios de encaje para soldadura (Socket Weld fittings) tienen unas cavidades donde el tubo es ligeramente insertado dentro del accesorio y luego es soldado.Los rangos de presin vienen dados por la clase (que depende del schedule) del accesorio.

Clase 3000 (Schedule 80 o XS)

Clase 6000 (Schedule 160)

Clase 9000 (Schedule XXS)

Accesorios de encaje (Socket)Este tipo de accesorio viene generalmente en dimetros menores a 4 pulgadas, por lo que resiste presiones muy altas (ANSI 3000, 6000 y 9000). Es muy raro encontrarlos en alguna parte del campo.

Las dimensiones y tolerancias de estos accesorios estn estandarizados por la norma ANSI B16.11

Accesorios de roscaSon iguales a los de encaje pero traen una rosca cnica para tuberas (tipo NPT).Estos no requieren soldadura, sin embargo, se puede adicionarla a la unin para fijar la pieza.Por ser elementos roscados, resisten un poco menos de presin que los accesorios de encaje, por eso la clase varia un poco respecto a los anteriores segn su schedule.

Clase 2000 (Schedule 80 o XS)Clase 3000 (Schedule 160)Clase 6000 (Schedule XXS)Al igual que los accesorios de encaje, vienen restringidos para dimetros pequeos de tuberas (menos de 4).

Accesorios con bridaPoseen bridas para un rpido desmonte de la pieza. Se usan en lugares donde la tubera se tapona o requiere mantenimiento frecuente.

Resisten bajas y medianas presiones, segn la clase del accesorio.Al igual que las bridas vienen en clase 150, 300, 600, 900 y 1500.

Tipos de accesoriosCodo:

Cambia la orientacin de una tubera en 45 o 90 grados. Pueden ser reductores (dimetro de salida menor al de la entrada) o continuos.Te:

Su funcin es derivar una lnea secundaria de una tubera principal. La lnea secundara (ramificacin) puede ser del mismo dimetro o menor (Te reductora).Los accesorios ms comunes se listan a continuacin. Casi todos estn disponibles con brida, rosca, de encaje o de soldadura tope:

Tipos de accesoriosReductor:

Esta pieza tiene un dimetro de entrada mayor al de salida. No tiene derivaciones o ramales.Cruz:

Es una Te con dos ramales. Las derivaciones son de dimetros iguales.Tapn (Cap):

Sella el fin de una tubera. Los hay con rosca o para ser soldados a tope.

Thredolet y WeldoletSon unos prcticos accesorios que van soldados al tubo principal y permiten la conexin otro tubo de forma roscada (thredolet) o soldada (weldolet).Estos accesorios vienen de acuerdo con las especificaciones del tubo principal para ajustarse a su curvatura de forma perfecta.

Su funcin principal es el acople de tubera ya sea para instrumentacin o derivacin de flujo.SoldaduraWELDOLETTHREDOLET

Fotos de AccesoriosTe SoldadaThredoletCodo a 90Reductor

Acoples en ramificacionesEl tipo de acople para una ramificacin dependiendo del dimetro del tubo principal y el secundario esta dado por la siguiente tabla:1. Te Roscada.2. Te Roscada.3. Thredolet4. Weldolet5. Te Reductora (soldada)6. Te Reductora (soldada)7. Te soldada.8. Te Reductora (soldada)9. Te Reductora (soldada)PrincipalSecundario

Sheet1

0.50.7511.52346810121416182024

0.51

0.7521

1221

1.52221

233887

3339967

43339667

633335667

8333345667

103333455667

1233334556667

14333345556667

163333455556667

1833334555566667

20333345555666667

243333455556666667

Sheet2

Sheet3

MaterialesLos tubos, bridas y accesorios usados en el campo son generalmente de acero al carbn de los siguientes tipos:

ASTM A105

ASTM A106 grado B *Mayora de Tuberas.

ASTM A234

ASTM A269

ASTM A304 (Inoxidable)

MaterialesLos mismos aceros, tienen tambin nomenclatura API:

API 5L - B *Igual al ASTM A106 grado B

API 5L - X42

API 5L - X56

API 5L - X60

API 5L - X70