Anteriormente proporcionamos información sobre cómo determinar las clasificaciones de presión, ya que el diseño de una brida ciertamente implica la selección de una clasificación de presión.
Es posible que el usuario ya sepa cómo seleccionar una clasificación de presión, pero el diseño de una brida también puede incluir aspectos como dimensiones, materiales, estructura, etc. Es importante asegurarse de que la respuesta cubra estos aspectos y cumpla con los requisitos específicos de ASME B16.5.
Ya sea ingeniero o técnico responsable del diseño o mantenimiento de sistemas de tuberías, es necesario cumplir con las normas internacionales. Nuestro objetivo es contar con un proceso de diseño sistemático para garantizar que cada paso cumpla con las normas y evitar errores.
En la norma ASME B16.5, hay capítulos específicos relacionados con el diseño de bridas, como dimensiones, tolerancias, selección de materiales, requisitos de pruebas, etc. Puede ser necesario mencionar las tablas de dimensiones de bridas, como la Tabla 1A a 1C, las diferencias en las dimensiones para diferentes clasificaciones de presión y el impacto de las agrupaciones de materiales en el diseño.
Al mismo tiempo, podemos considerar aspectos prácticos del diseño, como la elección del tipo de brida (p. ej., deslizante, de cuello soldado, roscada), la adecuación del tamaño de la tubería a la presión nominal, y la selección del material para altas o bajas temperaturas. Además, puede ser necesario incluir métodos de conexión entre la brida y otros componentes, como la selección de pernos y juntas, y los pasos de instalación y prueba.
Además, es posible que queramos comprender los pasos de verificación del proceso de diseño, como las pruebas de presión y de fugas, para garantizar que el diseño cumpla con los requisitos de la norma. Es importante mencionar los métodos de prueba y los criterios de aceptación de las normas, así como cualquier posible necesidad de certificación externa.
También debemos ser conscientes de los conceptos erróneos comunes que los usuarios pueden tener, como pensar que una presión nominal más alta siempre es mejor, cuando en realidad, la selección debe basarse en las condiciones reales de operación para evitar aumentos innecesarios de costos. Por lo tanto, la respuesta debe enfatizar la importancia de considerar factores como la presión, la temperatura y el medio de forma integral.
A continuación, explicamos el proceso paso a paso e incluimos ejemplos o tablas de referencia para ayudar a comprender y aplicar mejor la información.
Diseño de una brida según ASME B16.5
El diseño de una brida según la norma ASME B16.5 requiere una consideración exhaustiva de factores como la presión nominal, los materiales, las dimensiones, la temperatura y el entorno de aplicación. A continuación, se detalla el proceso de diseño y los pasos clave según la norma:
1. Determinar los parámetros de diseño
Condiciones de funcionamiento:
- Presión de diseño (P) y temperatura de diseño (T).
- Características del medio (por ejemplo, corrosividad, toxicidad, inflamabilidad).
- Tipo de sistema de tuberías (carga estática/dinámica, vibración, expansión térmica).
Requisitos reglamentarios:
- Cumplimiento de ASME B16.5, y cuando sea necesario, otras normas (por ejemplo, API, PED, GB).
2. Seleccione el tipo de brida
La norma ASME B16.5 define varios tipos de bridas. Seleccione según las necesidades de la aplicación:
- Brida con cuello de soldadura (WN):Para sistemas de alta presión, alta temperatura y críticos.
- Brida deslizante (SO):Para aplicaciones de presión media a baja donde la comodidad de instalación es clave.
- Brida de soldadura por encastre (SW):Para aplicaciones de pequeño diámetro y alto sellado.
- Brida roscada (THD):Para sistemas de baja presión que requieren desmontaje frecuente.
- Brida de unión traslapada (LJ):Adecuado para aplicaciones que requieren ajustes de alineación.
3. Determinar la clasificación de presión (clase)
Según la presión y temperatura de diseño, consulte las tablas de clasificación de presión y temperatura ASME B16.5:
Agrupación de materiales: Busque el grupo de materiales en el apéndice según el material de la brida (por ejemplo, acero al carbono, acero inoxidable).
Coincidencia de tablas:
- Utilice las Tablas 2-1.1 a 2-1.7 para encontrar los valores de presión y temperatura para el grupo de materiales correspondiente.
- Asegúrese de que la clase seleccionada tenga una clasificación de presión a la temperatura de diseño más alta ≥ la presión de diseño.
Margen de seguridad: Por lo general, elija una clasificación de clase 10-20% más alta que la presión de diseño.
Ejemplo:
Temperatura de diseño = 200°C, presión de diseño = 20 bar.
Material: ASTM A105 (acero al carbono, Grupo 1.1).
Clase 150 a 200°C: Presión admisible = 13,8 bar (no cumple los requisitos).
Clase 300 a 200°C: Presión admisible = 43,8 bar (cumple requisitos).
4. Seleccione las dimensiones de la brida
Tamaño de la tubería: Seleccione el tamaño de la brida según el tamaño nominal de la tubería (NPS) y el espesor de la pared (Schedule).
Tablas clave:
Tabla 1A/1B/1C: Dimensiones de la brida (por ejemplo, número de orificios para tornillos, distancia entre centros, espesor de la brida).
Tabla 4/5: Tipos de revestimiento de bridas (por ejemplo, cara elevada RF, cara plana FF, junta tipo anillo RTJ).
Ejemplo:
Para las bridas NPS 8, clase 300, hay 8 orificios para pernos con un diámetro de 25,4 mm.
5. Selección de materiales
Material de la brida: Seleccione según el medio y la temperatura (consulte el apéndice ASME B16.5):
- Acero carbono: ASTM A105 (temperatura normal a 425°C).
- Acero inoxidable: ASTM A182 F304/F316 (resistencia a la corrosión, alta temperatura).
- Acero aleado: ASTM A182 F11/F22 (alta presión, alta temperatura).
Material del perno: Debe ser compatible con el material de la brida (por ejemplo, ASTM A193 B7 para alta temperatura).
Empaquetadora Material: Seleccione en función del medio (por ejemplo, grafito, PTFE, juntas en espiral).
6. Diseño estructural
Geometría de la brida:
- Diámetro exterior (OD), diámetro interior (ID), espesor (T): determinado según tablas estándar.
- Cara de sellado: RF, FF o RTJ.
Diseño del perno:
- Número, diámetro y longitud de los pernos según la Tabla 1A-1C.
- Asegúrese de que la precarga del perno cumpla con los requisitos de apriete ASME PCC-1.
7. Cálculo de la resistencia
Análisis de tensión de brida:
- Utilice el Apéndice 2 de la Sección VIII Div.1 de ASME o el Análisis de Elementos Finitos (FEA) para verificar la resistencia de la brida.
Criterios de verificación:
- Esfuerzo axial ≤ esfuerzo admisible del material.
- Carga del perno ≤ límite elástico del material del perno.
8. Manejo de Condiciones Especiales
Temperatura alta/baja:
- Considere la fluencia del material a altas temperaturas y verifique la tenacidad del material a bajas temperaturas (por ejemplo, Prueba de impacto Charpy).
Medio corrosivo:
- Agregue un margen de corrosión o seleccione materiales resistentes a la corrosión (por ejemplo, Hastelloy, acero dúplex).
Vibración/Impacto:
- Prefiera bridas con cuello soldado, evite bridas roscadas.
9. Fabricación e inspección
Normas de fabricación:
- El mecanizado de la brida debe cumplir con las tolerancias dimensionales ASME B16.5 (por ejemplo, planitud de la cara de la brida, desviación de la posición del orificio del perno).
Requisitos de inspección:
- Inspección dimensional: utilizar calibradores, máquinas de medición de coordenadas.
- Pruebas no destructivas (END): pruebas de partículas magnéticas (MT), pruebas de líquidos penetrantes (PT) o pruebas ultrasónicas (UT).
- Prueba de presión: Realice pruebas hidrostáticas o neumáticas según ASME B16.5.
10. Documentación y certificación
Documentación de diseño:
- Certificados de materiales (MTC), cálculos, dibujos, informes de inspección.
Requisitos de certificación:
- Es posible que se requiera certificación de terceros para aplicaciones críticas (por ejemplo, API 6A, CE/PED).
Diseño de bridas según Normas ASME B16.5 Implica seleccionar el tipo de brida, la clasificación de presión, el material y el tamaño adecuados según las condiciones operativas de la aplicación, como la presión, la temperatura y el fluido. El proceso también incluye garantizar el cumplimiento de las tolerancias dimensionales específicas, la compatibilidad de materiales y realizar cálculos de resistencia para verificar la integridad estructural de la brida. Una instalación, pruebas y certificación adecuadas son cruciales para garantizar la seguridad, la fiabilidad y el cumplimiento de las normas internacionales. Mediante un enfoque sistemático, los ingenieros pueden optimizar el diseño de bridas para lograr eficiencia y rentabilidad, a la vez que cumplen con los requisitos normativos.
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