En el ámbito de los ensamblajes industriales, especialmente en sistemas de bridas, se suele prestar mucha atención a la selección correcta de la brida y la junta, mientras que a menudo se descuida la selección de los sujetadores adecuados. Sin embargo, todos los componentes de un ensamblaje de brida deben ser apropiados para garantizar y mantener una unión sin fugas. Los pernos, espárragos y tuercas son los sujetadores que permiten que esto ocurra.
Tipos de Sujetadores
Pernos
Los pernos son sujetadores que tienen un cuerpo cilíndrico con una rosca en un extremo y una cabeza en el otro; los pernos tienen vástagos no cónicos. Pueden fabricarse de varios materiales, pero el acero es el más común en las industrias de ingeniería. La contraparte de un perno es la tuerca, que forma su sujetador hembra.
Los pernos con cabezas hexagonales se utilizan comúnmente en las industrias química y de petróleo y gas, y se les conoce como pernos hexagonales o pernos de 6 puntos debido a su forma hexagonal de 6 lados. Las cabezas de los pernos pueden tener más de 6 lados, por ejemplo, un perno de 12 puntos, lo que permite que una llave se acople a la cabeza del perno desde más ángulos. Esto es particularmente útil cuando se trabaja en un área confinada donde el acceso al perno es difícil.
Aumentar el número de puntos de contacto también aumenta la cantidad de torque que se puede aplicar sin redondear la cabeza del perno. La probabilidad de redondear una cabeza de perno aumenta a medida que la diferencia entre el número de puntos del perno y el número de puntos de la llave aumenta. Acoplar una llave de 12 puntos a un perno de 6 puntos reducirá el área de contacto entre la llave y la cabeza del perno, lo que aumenta la presión sobre las esquinas y la probabilidad de redondeo.
Espárragos
Un espárrago tiene una o dos roscas y generalmente presenta un vástago entre las roscas. Las roscas de un espárrago no necesitan coincidir, lo que significa que pueden tener geometrías diferentes.
Tuercas
Las tuercas son la parte hembra de un ensamblaje roscado. Las tuercas hexagonales tienen una rosca a través de su eje central, son de 6 lados y presentan caras de carga y no de carga. La cara no de carga tiene un chaflán de 30⁰ y mira hacia afuera de la hoja de la brida. La cara de carga no tiene chaflán, mira hacia la hoja de la brida y debe estar separada de la brida mediante una arandela. Algunas tuercas tienen una arandela incorporada en su diseño, por lo que no se requiere una arandela adicional.
Es importante que el sujetador macho sobresalga a través de su tuerca asociada por varios hilos cuando está completamente apretado. Si el sujetador macho no pasa completamente a través de la tuerca, estará sometido a más estrés del previsto y puede fallar.
Arandelas
Las arandelas son elementos en forma de disco con un agujero perforado a través de su eje central; se insertan entre los sujetadores y el componente que se está sujetando. Hay tres grupos principales de arandelas: los tipos planos, de resorte y de bloqueo. Las arandelas pueden usarse -y se usan- en combinación con otras arandelas, como al colocar una arandela plana entre una arandela de resorte y el elemento que se está sujetando.
También es posible que una sola arandela realice una función dual, como cuando una arandela plana se usa para distribuir la carga del sujetador y aislar eléctricamente el sujetador del elemento que se está sujetando. Las arandelas planas también se conocen como arandelas 'planas', y las arandelas de resorte como arandelas 'Belleville'.
Proceso de Fabricación de Sujetadores
Los pernos, tornillos y espárragos son sujetadores importantes que se utilizan en una variedad de aplicaciones industriales. El uso exitoso de estos sujetadores depende en gran medida de su proceso de fabricación. La mayoría se fabrican con materiales como acero inoxidable, acero al carbono, latón, aluminio y plástico. El proceso de fabricación es único dependiendo de sus respectivas funciones.
- Selección de la materia prima: La materia prima se determina en función de la aplicación y los requisitos del sujetador. Los materiales deben verificarse para asegurarse de que cumplan con las especificaciones del plano.
- Proceso de maquinado: Las barras se introducen en una máquina con varias estaciones. Cada estación de trabajo realiza una operación diferente, lo que da como resultado sujetadores y piezas maquinadas diseñadas a la medida. Las piezas se descargan de la máquina de acuerdo con las especificaciones del plano.
Cómo hacer tuercas y tornillos mediante estampación en frío
Identificación y Medición de Roscas
El caso típico que siempre se presenta es reemplazar un perno o tornillo defectuoso o extraviado, o instalar un componente sin tener idea de las roscas involucradas. Saber identificar el diámetro, el paso (grueso o fino) y la longitud es crucial. Si, por ejemplo, se repara una tubería sin saber cómo identificar el tipo de rosca de un conector, se pueden generar problemas. La instalación del tipo equivocado de conector puede arruinar la rosca o provocar desde una minúscula filtración de agua hasta una considerable pérdida de gas, con el riesgo que esto supone.
Identificación Visual de la Rosca
Cualquier pieza roscada macho tiene una rosca externa, mientras que una pieza roscada hembra tiene una rosca interna. No obstante, hay muchas conexiones y codos que incluyen ambos tipos de roscas. La comprobación del diseño de la rosca también es visual. Sin embargo, para evitar cualquier ambigüedad, se aconseja corroborarlo midiendo el diámetro externo de la rosca con una herramienta de medición.
Es común que el diámetro medido no sea exactamente igual al tamaño nominal que figura en las listas para una rosca dada, sino que varíe en unas pocas milésimas. La razón es que todo se fabrica dentro de una cierta tolerancia determinada por los procesos industriales o de fabricación.
Medición del Diámetro
Puesto que un perno o un tornillo tienen rosca externa cilíndrica, se mide su diámetro de la misma manera que se procede para una rosca macho de tubos. Es decir, se usan las mordazas inferiores de un calibre para tomar la distancia entre crestas de cualquier hilo. El diámetro cambia frecuentemente a lo largo de la longitud del perno; los hilos de la punta son más estrechos para ir abriendo camino a medida que se atornilla, mientras que el resto de los hilos son generalmente un poco menores que el diámetro indicado. Si el perno está recubierto, generalmente como protección contra la corrosión, este recubrimiento también se suma al diámetro.
Uso de Galgas para Roscas
La galga para roscas es una herramienta de medición muy sencilla y económica, apta para medir roscas tanto externas como internas. Está construida generalmente en metal y presenta una serie de láminas que se abren en abanico. Para usar esta galga, simplemente se apoya sucesivamente cada lámina contra los hilos de la rosca hasta encontrar la que coincida perfectamente sin presentar holguras, y seguidamente se lee el número en esa lámina.
En primer lugar, hay que prestar especial atención al sistema de medida usado en la galga. Los sistemas más comunes son el métrico y el imperial. Seguidamente, se debe considerar el número de tamaños que incluye la galga. Hay modelos que ofrecen unos pocos tamaños y otros que cuentan con casi todos los pasos de rosca existentes. La desventaja en la elección de estos últimos es que a menudo son grandes y pesados.
Identificación por Comparación
- Usar otro perno: Si se dispone de otro perno o tornillo y se conoce su diámetro y paso, se puede colocar encima del perno de diámetro desconocido y comprobar si encajan perfectamente.
- Usar una tuerca: Si se dispone de una tuerca y se conoce su diámetro y paso, se puede intentar enroscarla en el perno.
En virtud de la clasificación unificada para medidas imperiales, cualquier perno de rosca gruesa de 3/8″ tiene paso 16, mientras que cualquier tornillo de rosca fina de 3/8″ tiene paso 24. Si la rosca responde al sistema métrico, las medidas serán en milímetros y se antepone una “M”.
Distinción entre Pernos y Tornillos
Aunque muchas veces los términos perno y tornillo se usan indistintamente, es una regla general del entorno mecánico/industrial denominar perno a un elemento de sujeción que se usa conjuntamente con una tuerca, y llamar tornillo a un elemento de sujeción que se introduce en un objeto roscado e inmóvil, por ejemplo, un bloque de cilindros. Por su parte, lo que se conoce como bulón es nada más que un perno de mayor tamaño.
Propiedades Mecánicas y Grados de Sujetadores
Las propiedades mecánicas son fundamentales para la selección del sujetador adecuado:
- Resistencia a la tracción (RT): Es la cantidad máxima de fuerza de estiramiento que puede aplicarse a un perno antes de que este ya no retorne a su longitud original después de liberar la presión.
- Límite de elasticidad (LE): Es la cantidad de fuerza de estiramiento necesaria para romper el perno.
Para comprobar el grado de un elemento de tornillería se deben observar las marcas que lleva en la cabeza, si se trata de pernos o tornillos, o en la cara, si se trata de una tuerca. Las marcas en los elementos roscados del sistema imperial se componen de rayas, mientras que las de los elementos del sistema métrico se componen de dos números separados por un punto. El número que aparece delante del punto es la décima parte de la resistencia a la tracción y se mide en kg/mm² (dureza Rockwell).
Instalación y Alineación en Ensamblajes de Bridas
El criterio de atornillado para una brida específica está determinado por la norma correspondiente. El número de pernos requerido siempre será un múltiplo de 4, por ejemplo, 4, 8, 12, 16, etc.
Métodos de Apriete
Para aplicaciones de baja presión y baja temperatura, las bridas generalmente se aprietan a mano usando una llave inglesa. Para presiones y temperaturas más altas, se pueden usar llaves de torque. Las llaves de torque permiten al personal apretar las tuercas a un torque específico y, por lo tanto, asegurar que se obtenga una cierta presión de sellado. Una herramienta alternativa es un tensador hidráulico, que se utiliza específicamente para espárragos.
Apriete en Cruz
El apriete en cruz de las bridas asegura que la brida esté cargada uniformemente a través de sus caras de sellado.
Alineación de Bridas
La correcta alineación de las bridas durante la instalación es crítica si se desea obtener un sello confiable. La desalineación de las bridas causa carga desigual a través de las caras de la brida, lo que reduce la probabilidad de obtener y mantener un sello. La desalineación se clasifica como paralela o angular dependiendo de la dirección de la desalineación en relación con las hojas de la brida.
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