Noticias

May 30, 2023

Solución de problemas de falla de la junta

En la industria del petróleo, el gas y los procesos, los ingenieros y técnicos deben enfrentarse a

En la industria del petróleo, gas y procesos, los ingenieros y técnicos deben enfrentar el problema de mantener un sello hermético para una variedad de equipos industriales. Un ejemplo son las bridas, que son el método de unión más común de una tubería a otra tubería o equipo. Dado que las piezas a unir son ambas rígidas, ambas deben estar perfectamente mecanizadas y alineadas. También deben mantener esta posición alineada durante las condiciones de servicio cambiantes para mantener un sello. Esto puede ser difícil de lograr dada la naturaleza de las aleaciones utilizadas en los equipos, los fluidos que se deben contener, así como las variables del proceso (como vibración, variaciones de temperatura, desgaste y compatibilidad química) y las restricciones de costos (tiempo de mantenimiento por hora-hombre, costo de productos y tiempos muertos).

Esta es la razón por la cual las juntas son cruciales. Una junta está destinada a llenar el espacio entre dos componentes acoplados, generalmente más blandos que las partes rígidas a unir, y para evitar la pérdida de fluido en forma de fuga. Se logra un sello comprimiendo los objetos unidos y la junta, haciendo que esta última rellene las irregularidades de las superficies de las bridas al interactuar con las fuerzas de sujeción y la presión interna.

Las tuberías no están vacías. Tienen fluido que fluye a través de ellos ya través de las bridas. Cualquier fluido tiene la propiedad de extender la fuerza en todas las direcciones. Inicialmente, el fluido contenido a través de la tubería entrará en contacto con la superficie del diámetro interno de la brida y también con la junta. La cantidad de fuerza se puede calcular usando la Ecuación 1.

Las juntas se sellarán dada la cantidad inicial de fuerza que se les aplique. Los fabricantes de empaques y los ingenieros de diseño han determinado que al apretar los pernos usados ​​para comprimir las bridas, se puede comprimir el empaque. El modelo más simple para esto es la Ecuación 2 que relaciona la fuerza de compresión aplicada con el torque del perno.

Sin embargo, la tensión a la que se somete la junta no es uniformemente proporcional al valor de torsión del perno porque la tensión puede variar circunferencialmente. Esto se debe a que el patrón de contacto y el área entre las juntas y las caras de las bridas es diferente del área de contacto de los pernos y las tuercas. La fuerza total aplicada a la brida por atornillado se muestra en la Ecuación 3.

El torque proporcional a un número dado de pernos n, se muestra en la Ecuación 4.

Expresando T como el par en libras-pie, este es el principal medio de fuerza aplicado por el usuario a la junta para evitar fugas.

Aunque las ecuaciones presentadas aquí son modelos ideales (ya que no consideran la rugosidad, la resistencia de otras fuerzas de brida, etc.), representan las condiciones promedio observadas en la industria. Como se muestra en la Tabla 1, la fuerza aplicada al apretar los pernos comprime la junta y la deforma.

Esta fuerza aplicada debe superar la presión del fluido (fuerza hidrostática) si se quiere evitar la fuga. La fuerza hidrostática en la tubería tiende a separar las bridas y actúa contra la fuerza de compresión del empernado, reduciéndola durante la operación.

La junta debe ser lo suficientemente fuerte para soportar la presión del proceso y lo suficientemente blanda y deformable para llenar las irregularidades de las bridas. Aunque se han escrito varios documentos para proporcionar una mejor comprensión de la relación entre las juntas y las bridas, se sabe comúnmente que la capacidad de sellado no solo se logra atornillando, sino más bien mediante una combinación de factores que pueden variar de un tipo de junta a otra. otro.

Las fuerzas inducidas por las tuberías entran en juego poco después de la instalación. Durante la operación, comienzan a afectar el sistema debido a la temperatura y la influencia del proceso en el material y la configuración de la tubería.

Las tuercas y los sujetadores son los otros elementos clave para proporcionar presión de compresión en las bridas y juntas. Su función es sujetar suficientemente la junta, dada la tensión inducida por las variables del proceso. Los sujetadores también exhiben relajación y elongación que depende de su material de construcción, lo que tiene un efecto considerable en la cantidad de carga disponible.

Si se excede la región elástica de un sujetador durante la operación, los sujetadores ceden y se deforman irreversiblemente, y se reduce la capacidad de proporcionar una fuerza de carga, esencialmente una carga de compresión.

La vibración, la alineación y la flexibilidad mecánica afectan la cantidad y el alcance de estas deformaciones, lo que las convierte en variables clave de diseño de equipos y procesos a tener en cuenta en condiciones de operación variables.

Si la junta hace frente a todas estas fuerzas mediante el apriete de los pernos, pueden ocurrir cuatro escenarios dependiendo de la tensión aplicada:

La tensión de la junta es adecuada para soportar las fuerzas internas y las fuerzas de la brida, logrando un buen rendimiento de sellado.

La tensión de la junta cae hasta el punto de que es insuficiente para compensar las fuerzas de la brida.

La tensión de la junta es demasiado alta y compromete rápidamente la integridad.

Las fuerzas inducidas por las tuberías/las fuerzas de las bridas aumentan hasta un valor que compromete la integridad tanto de la junta como del sistema/equipo de tuberías.

Las propiedades de las juntas también entran en juego en cualquiera de estos escenarios. Conocer el material de la junta, la densidad, la compresibilidad, la recuperación, la relajación, la tensión mínima de asentamiento y la tensión mínima en funcionamiento es esencial para establecer límites en las tensiones de los pernos de montaje para los que la junta logra contacto y sellos.

Por lo tanto, la falla prematura o catastrófica en la tubería puede ser el resultado de cargas de torque bajas, selección inadecuada de juntas, prácticas de instalación inadecuadas, mala selección de materiales o incluso diseño de equipo deficiente.

Los fabricantes y técnicos de juntas han utilizado sus años de experiencia para crear guías de resolución de problemas y reglas generales para ayudar a los usuarios a encontrar la mejor solución para su situación particular.

Las recomendaciones están disponibles a través de los fabricantes de juntas para cualquier conjunto específico de variables de proceso.

Las juntas, las uniones, los sujetadores y las variables del proceso deben verse como un sistema dinámico completo en lugar de elementos aislados menores que deben controlarse.

De esa manera, el proceso de investigación de la falla de la junta garantiza que los problemas de fugas puedan ser identificados con precisión por la causa real y sus implicaciones en la dinámica del proceso.

Referencias1. Kobayashi, Takashi "Estudio sobre la deflexión de las juntas y sus efectos en las fuerzas residuales de los pernos y el apriete de las conexiones atornilladas con bridas" ASME 2014 Conferencia sobre tuberías y recipientes a presión. JcJ2014-28514

Próximo mes: Aislamiento de ruidos y vibraciones en sistemas de tuberías de plomería y HVAC: por qué el caucho es la mejor opción

Le invitamos a hacer sugerencias sobre los temas de los artículos, así como preguntas sobre problemas de sellado para que podamos responder mejor a las necesidades de la industria. Dirija sus sugerencias y preguntas a [email protected].

Guillermo San Martín estudió ingeniería química y se graduó de la Universidad del Estado de México. Actualmente es jefe de ingeniería y desarrollo de Empak Spirotallic Mexicana.