Si alguna vez te has preguntado cómo diseñar una conexión de tubería con brida circular, estás en el lugar correcto. En este artículo, te guiaremos paso a paso a través del proceso de diseño de una conexión de tubería con brida circular, que es esencial para garantizar una unión segura y hermética en tus sistemas de tuberías. Aprende los conceptos básicos, los cálculos necesarios y los pasos clave para diseñar una conexión de tubería con brida circular de manera efectiva. ¡Prepárate para expandir tus habilidades en el diseño de tuberías y garantizar la eficiencia y seguridad en tus proyectos!
La conexión de brida circular de tuberías es una de las conexiones de brida más utilizadas entre los otros tipos de conexión de brida. Para diseñar una conexión de brida circular de este tipo, debemos identificar y evaluar los principales factores que influyen. En este artículo determinaremos los parámetros principales para diseñar una conexión de brida circular para una tubería específica con una presión de fluido específica.
Conexión de tubería de brida redonda
Al diseñar este tipo de conexiones de brida circular para sistemas de tuberías, se supone que la presión del fluido actúa entre las dos bridas e intenta separarlas mediante una presión que prevalece en el punto de fuga. Para mantener unidas las bridas, la unión atornillada debe resistir la tensión de tracción.
A continuación se muestra el diagrama esquemático de la conexión de tubería con brida circular.
Como se mencionó anteriormente, la presión del fluido actúa en el punto de fuga, es decir, en los orificios de los tornillos. El círculo que toca estos orificios para tornillos es el diámetro efectivo para la presión del fluido (PAG) estar concentrado. Este círculo se muestra con el diámetro. D1 en el diagrama de arriba.
Este diámetro se puede obtener (D1) restando el diámetro del tornillo (D1) del diámetro del círculo primitivo (DPAG).
D1 =DPAG–D1
∴ Calculemos la fuerza que intenta separar las dos bridas entre sí,
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F
= (π/4) (
D
1
)
2
PAG
Tomemos el número de tornillos como norte y diámetro del núcleo de los tornillos como DC y el σt es la tensión permitida para el material del tornillo.
∴ La fuerza de resistencia para arrancar los tornillos es = (π/4) (DC)2 σt × norte
De las dos ecuaciones anteriores podemos encontrar el diámetro del núcleo del tornillo (DC) y el número de tornillos (norte). Debido a la sección transversal simétrica, el número de tornillos debe ser par.
Paso circunferencial del perno (PAGC)
El paso circunferencial de los tornillos está dado por (PAGC)= (π×DPAG)/norte
Para que la junta del tubo con brida circular quede ajustada, los valores de paso circunferencial deben ser 20√D1 hasta 30√D1. (Donde el D1 es el diámetro del orificio del perno en la brida).
No es necesario que un orificio para tornillo de menos de 16 mm sea a prueba de fugas.
espesor de brida (tF)
Para ver los demás parámetros de la brida, como por ejemplo: Para determinar el espesor de la brida, por ejemplo, debemos observar un segmento de la brida como se muestra en la siguiente figura.
Como se muestra arriba, se supone que cada uno de los pernos soporta un segmento. Se desprecia la influencia de la conexión de estos segmentos sobre las tensiones inducidas.
Del diagrama esquemático anterior, el momento flector se toma a través de la sección transversal. XXque corre tangencialmente al exterior de la tubería.
Sea el ancho de este segmento X Y j es la distancia de esta sección desde el centro del tornillo, como se muestra en la figura anterior.
∴ El momento flector en cada tornillo debido a la fuerza F
= F/norte × j …….(A)
Y sea σb es la tensión de flexión o tracción para el material de la brida y z es el momento de resistencia de la sección transversal de la brida
entonces el momento de resistencia en la brida es = σb × z ……..(B)
podemos reemplazar eso z = (1/6) × X (tF)2
Al igualar estas dos ecuaciones (a) y (b), podemos encontrar el espesor del ala. tF.
Entonces podemos calcular el espesor de la brida. Las dimensiones fijas se enumeran a continuación como regla general para la construcción de bridas.
diámetro nominal de los tornillos, D = 0,75 t + 10mm
número de tornillos, norte = 0,0275 D + 1.6
espesor de la brida, tF = 1,5 t + 3mm
ancho de la brida, b = 2,3 D
Diámetro exterior de la brida (Doh)=D+2t+2b
Diámetro del círculo primitivo de los tornillos (DPAG)= D+2t+2D+12mm
Si la resistencia de la brida es insuficiente, se puede lograr resistencia adicional agregando más espesor cerca de la brida como se muestra en la siguiente figura.
Este espesor adicional se puede calcular a partir de (t+tF)/2
En algunos otros casos, la brida está sostenida por nervaduras para darle más resistencia, como se muestra en la siguiente figura.
El espesor de la nervadura se puede calcular a partir de (t+tF)/2.
Ahora resolvamos un problema simple relacionado con el tema anterior.
Planteamiento del problema: Calcule las dimensiones de una junta de brida circular de 250 mm de diámetro hecha de tubería de hierro fundido para transportar líquido a una presión de 0,7 N/mm2.
Solución:
Proveer información:
Diámetro del tubo D = 250 mm
Presión interna de la tubería PAG = 0,7 N/mm2
También sabemos por el manual de diseño que la tensión de tracción del hierro fundido es σt = 14 N/mm2
Conocemos la fórmula para calcular el espesor de la tubería según la fórmula del cilindro delgado del artículo anterior.
El valor de la constante ‘C’se proporciona en la siguiente tabla para los distintos metales, como hierro fundido, acero suave, zinc, cobre y plomo.
| material | hierro fundido | Acero estructural | Zinc y cobre | Dirigir |
| Constante (C) en mm | 9 | 3 | 4 | 5 |
A partir de esto podemos calcular el espesor de la tubería.
t = (0,7×250)/(2×14)+9 = 16 mm.
Con este espesor t de la tubería podemos calcular las dimensiones fijas de la brida como hemos dado en las fórmulas anteriores.
diámetro nominal de los tornillos, D = 0,75 t + 10 = 0,75×16 + 10 = 22mm
número de tornillos, norte = 0,0275 D + 1,6 = 0,0275 x 250 +1,6 = 8,475 digamos 10 número de tornillos para estar seguros.
espesor de la brida, tF = 1,5 t + 3 = 1,5 x 16 + 3 = 27mm
ancho de la brida, b = 2,3 D = 2,3 x 22 = 50,6 = Digamos 57 mm para estar seguros.
Diámetro exterior de la brida (Doh)=D+2t+2b = 250+(2×16)+(2×57) = 386 mm
Diámetro del círculo primitivo de los tornillos (DPAG)= D+2t+2D+12mm = 250+(2×16)+(2×22)+12 = 338mm
Paso circunferencial de los tornillos (PAGC)= (π×DPAG)/norte = (3,14×338)/10 = 106,2 mm
Para que la junta del tubo con brida circular quede ajustada, los valores de paso circunferencial deben ser 20√D1 hasta 30√D1.
Donde el D1 es el diámetro del orificio del perno en la brida. tomemos esto D1 = D+3 = 22+3 = 25 mm
por lo tanto
20√D1 = 20√25 = 100mm
30√D1 = 30√25 = 150mm
Desde arriba tenemos el paso circunferencial de los tornillos (PAGC) = 106,2, que está entre 100 mm y 150 mm, por lo que la construcción anterior es ajustada y satisfactoria.
Diploma
Hemos utilizado una tarea de ejemplo para mostrar cómo se puede construir una conexión de tubería con brida circular. A continuación mencionamos un problema mucho más complicado que puede resolver usted mismo. Comparta las respuestas con nosotros en la sección de comentarios para el problema de ejemplo a continuación.
Planteamiento del problema: Una tubería bridada con un diámetro interior de 200 mm se expone a una presión de fluido de 0,35 N/mm2. La brida se conecta mediante ocho tornillos M 16. El diámetro del círculo primitivo de los tornillos es de 290 mm. Si el espesor de la brida es de 20 mm, encuentre la tensión operativa en la brida.
Resuelve el problema, te ayudaré si me necesitas.
Junta de tubo bridado circular
La junta de tubo bridado circular es uno de los tipos de juntas de brida más utilizadas. Para diseñar esta junta de brida circular, debemos determinar los principales factores influyentes y evaluarlos. En este artículo, determinaremos los parámetros principales para diseñar una junta de tubo bridado circular para un tubo dado con una presión de fluido especificada.
Junta de Tubo Bridado Circular
Al diseñar juntas de tubo bridado circular para sistemas de tuberías, se asume que la presión del fluido actúa entre las dos bridas e intenta separarlas con una presión existente en el punto de fuga. Para mantener las bridas unidas, la junta atornillada debe resistir el estrés de tracción.
A continuación se muestra un diagrama esquemático de una junta de tubo bridado circular:
- Figura: Junta de Tubo Bridado Circular
Como mencionamos anteriormente, la presión del fluido actúa en el punto de fuga, que son los agujeros de los pernos. El círculo que toca estos agujeros de perno es el diámetro efectivo donde se concentra la presión del fluido (p). Este círculo se representa con el diámetro D1 en el diagrama anterior.
Este diámetro se puede obtener (D1) restando el diámetro del perno (d1) al diámetro del círculo de paso (DP).
D1 = Dp – d1
Por lo tanto, calculemos la fuerza que intenta separar las dos bridas:
F = (π/4) (D1)^2 p
Supongamos que el número de pernos es n y el diámetro central para los pernos es dc, y σt es el estrés admisible para el material del perno.
La fuerza resistente para romper los pernos será: (π/4) (dc)^2 σt × n
A partir de las dos ecuaciones anteriores, podemos obtener el diámetro central del perno (dc) y el número de pernos (n). Debido a la sección simétrica, el número de pernos debe ser par.
Paso circunferencial del perno (pc)
El paso circunferencial de los pernos se calcula mediante la fórmula (pc) = (π×Dp)/n
Para hacer que la junta de tubo bridado circular sea a prueba de fugas, debemos asegurarnos de que los valores del paso circunferencial estén entre 20√d1 y 30√d1 (donde d1 es el diámetro del agujero del perno en la brida).
No es necesario hacer a prueba de fugas un agujero de perno inferior a 16 mm.
Espesor de la brida (tf)
Para determinar otros parámetros de la brida, como el espesor de la brida, debemos considerar un segmento de la brida como se muestra en la siguiente figura:
- Figura: Segmento de la brida
Como se muestra en la figura anterior, se asume que cada uno de los pernos soporta un segmento. Se desprecia el efecto de la unión de estos segmentos en las tensiones inducidas.
A partir del diagrama esquemático anterior, el momento flector se toma alrededor de la sección X-X, que es tangencial al exterior del tubo. La anchura de este segmento es x y y es la distancia de esta sección desde el centro del perno según se muestra en el diagrama anterior.
El momento flector en cada perno debido a la fuerza F es: F/n × y
Y supongamos que σb es el estrés de flexión o tracción para el material de la brida, y Z es el módulo de sección de la sección transversal de la brida.
Entonces, el momento resistente de la brida es: σb × Z
Podemos sustituir Z por (1/6) × x × (tf)^2
Al igualar estas dos ecuaciones, podemos obtener el espesor de la brida (tf).
Así es como podemos calcular el espesor de la brida. A continuación se presentan las dimensiones fijas según la regla general para el diseño de bridas:
Diámetro nominal de los pernos, d = 0.75 t + 10 mm
Número de pernos, n = 0.0275 D + 1.6
Espesor de la brida, tf = 1.5 t + 3 mm
Anchura de la brida, B = 2.3 d
Diámetro exterior de la brida (Do) = D + 2 t + 2 B
Diámetro del círculo de paso de los pernos (Dp) = D + 2 t + 2 d + 12 mm
Si la resistencia de la brida no es suficiente, se proporciona resistencia adicional al agregar más espesor cerca de la brida, como se muestra en la siguiente figura:
- Figura: Espesor aumentado del tubo para una longitud corta desde la brida para proporcionar resistencia
Este espesor adicional se puede calcular a partir de (t+tf)/2
En otros casos, la brida está soportada por costillas para proporcionar más resistencia a la brida, como se muestra en la siguiente figura:
- Figura: Juntas de brida reforzadas por costillas
El espesor de las costillas se puede calcular a partir de (t+tf)/2
Ahora, resolvamos un problema simple sobre el tema anterior.
Enunciado del problema:
Calcular las dimensiones de una junta de tubo bridado circular para un tubo de hierro fundido de 250 mm de diámetro para transportar un fluido con una presión de 0.7 N/mm2.
Solución:
Los datos que se nos proporcionan son: Diámetro del tubo D = 250 mm, Presión interna del tubo p = 0.7 N/mm2, y el estrés de tracción del hierro fundido según el manual de diseño es σt = 14 N/mm2.
La fórmula para calcular el espesor del tubo se basa en la fórmula cilíndrica delgada según el artículo anterior.
El valor de la constante «C» para diferentes metales, como hierro fundido, acero dulce, zinc, cobre y plomo, se muestra en la siguiente tabla:
| Material | Hierro Fundido | Acero Dulce | Zinc y Cobre | Plomo |
|---|---|---|---|---|
| Constante (C) en mm | 93 | 45 |
A partir de esto, podemos calcular el espesor del tubo:
t = (0.7×250)/(2×14)+9 = 16 mm
Con este espesor t del tubo, podemos calcular las dimensiones fijas de la brida según las fórmulas mencionadas anteriormente.
Diámetro nominal de los pernos, d = 0.75 t + 10 = 0.75×16 + 10 = 22 mm
Número de pernos, n = 0.0275 D + 1.6 = 0.0275 x 250 +1.6 = 8.475, supongamos 10 pernos para estar del lado seguro.
Espesor de la brida, tf = 1.5 t + 3 = 1.5 x 16 + 3 = 27 mm
Anchura de la brida, B = 2.3 d = 2.3 x 22 = 50.6, supongamos 57 mm para estar del lado seguro.
Diámetro exterior de la brida (Do) = D + 2 t + 2 B = 250 + (2×16) + (2×57) = 386 mm
Diámetro del círculo de paso de los pernos (Dp) = D + 2 t + 2 d + 12 = 250 + (2×16) + (2×22) + 12 = 338 mm
Paso circunferencial de los pernos (pc) = (π×Dp)/n = (3.14×338)/10 = 106.2 mm
Para hacer que la junta de tubo bridado circular sea a prueba de fugas, debemos asegurarnos de que los valores del paso circunferencial estén entre 20√d1 y 30√d1.
Tomemos d1 = d+3 = 22+3 = 25 mm
Por lo tanto, 20√d1 = 20√25 = 100 mm y 30√d1 = 30√25 = 150 mm.
A partir de lo anterior, tenemos que el paso circunferencial de los pernos (pc) = 106.2 mm, que se encuentra entre 100 mm y 150 mm, por lo que el diseño anterior es a prueba de fugas y satisfactorio.
Conclusión
Hemos explicado cómo diseñar una junta de tubo bridado circular con la ayuda de un problema de muestra. A continuación, hemos proporcionado una declaración de problema mucho más complicada para que la resuelvas por ti mismo. Comparte las respuestas en la sección de comentarios para el siguiente problema de muestra:
Enunciado del problema:
Un tubo bridado con un diámetro interno de 200 mm está sometido a una presión de fluido de 0.35 N/mm2. La brida está conectada mediante ocho pernos M16. El diámetro del círculo de paso de los pernos es de 290 mm. Si el espesor de la brida es de 20 mm, encuentra el esfuerzo de trabajo en la brida.
Resuelve este problema y estaré encantado de ayudarte si lo necesitas.