norma españolla
UNE-EN 1591-1:2002+A1
Noviembre 2009 TÍTULO
Bridaas y sus uniones Reglaas de diseño de las uniones de bridas cirrculares con junta de esttanquidad Parte 1: Método de cálculo
Flanges and a their joints. Design rules for gasketed circular flange connections. Part 1: Calculation method. Brides et leurs assemblages. Règles de calcul des assemblages à brides cirrculaires avec joint. Partie 1: Méthode de d calcul.
CORRESPONDENCIA
Esta norm ma es la versión oficial, en español, de la Norma Europea EN N 1591-1:2001+A1:2009.
OBSERVACIONES
Esta norrma anula y sustituye a la Norma UNE-EN 1591-1:20022.
ANTECEDENTES
Esta noorma ha sido elaborada por el comité técnico AEN N/CTN 19 Tuberías de fundicióón, grifería, valvulería y accesorios de materiales meetálicos cuya Secretaría desempeeña AFTA.
Editada e impresa por AENOR Depósito legal: M 49146:2009
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Grupo 35
S
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NORMA EUROPEA EUROPEAN STANDARD NORME EUROPÉENNE EUROPÄISCHE NORM
EN 1591-1:2001+A1 Marzo 2009
ICS 23.040.60
Sustituye a EN 1591-1:2001
Versión en español
Bridas y sus uniones Reglas de diseño de las uniones de bridas circulares con junta de estanquidad Parte 1: Método de cálculo
Flanges and their joints. Design rules for gasketed circular flange connections. Part 1: Calculation method
Brides et leurs assemblages. Règles de calcul des assemblages à brides circulaires avec joint. Partie 1: Méthode de calcul.
Flansche und ihre Verbindungen. Regeln für die Auslegung von Flanschverbindungen mit runden Flanschen und Dichtung. Teil 1: Berechnungsmethode.
Esta norma europea ha sido aprobada por CEN el 2001-03-08 e incluye la Modificación 1 aprobada por CEN el 2009-02-07. Los miembros de CEN están sometidos al Reglamento Interior de CEN/CENELEC que define las condiciones dentro de las cuales debe adoptarse, sin modificación, la norma europea como norma nacional. Las correspondientes listas actualizadas y las referencias bibliográficas relativas a estas normas nacionales pueden obtenerse en el Centro de Gestión de CEN, o a través de sus miembros. Esta norma europea existe en tres versiones oficiales (alemán, francés e inglés). Una versión en otra lengua realizada bajo la responsabilidad de un miembro de CEN en su idioma nacional, y notificada al Centro de Gestión, tiene el mismo rango que aquéllas. Los miembros de CEN son los organismos nacionales de normalización de los países siguientes: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, Chipre, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Rumanía, Suecia y Suiza.
CEN COMITÉ EUROPEO DE NORMALIZACIÓN European Committee for Standardization Comité Européen de Normalisation Europäisches Komitee für Normung CENTRO DE GESTIÓN: Avenue Marnix, 17-1000 Bruxelles © 2009 CEN. Derechos de reproducción reservados a los Miembros de CEN.
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ÍNDICE Página PRÓLOGO .............................................................................................................................................. 6 1 1.1 1.2 1.3
OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN ............................................................................. 9 Generalidades ......................................................................................................................... 9 Requisitos para la utilización del método de cálculo ........................................................... 9 Validez ..................................................................................................................................... 9
2
NORMAS PARA CONSULTA ........................................................................................... 11
3 3.1 3.2 3.3 3.4
NOTACIÓN .......................................................................................................................... 12 Uso de figuras ....................................................................................................................... 12 Subíndices y marcas especiales............................................................................................ 12 Símbolos ................................................................................................................................ 13 Terminología ......................................................................................................................... 17
4 4.1 4.2 4.3
PARÁMETROS DE CÁLCULO ........................................................................................ 25 Parámetros de la brida......................................................................................................... 25 Parámetros de los pernos ..................................................................................................... 29 Parámetros de las juntas de estanquidad ........................................................................... 30
5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
FUERZAS INTERIORES (EN LA UNIÓN) ..................................................................... 33 Carga aplicadas .................................................................................................................... 33 Cumplimiento de la unión ................................................................................................... 34 Fuerzas mínimas necesarias en la junta de estanquidad................................................... 34 Fuerzas interiores en la condición de montaje (I = 0) ....................................................... 35 Fuerzas interiores en condiciones posteriores (I = 1, 2, ...) ............................................... 37
6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
VERIFICACIÓN DE LA ADMISIBILIDAD DE LA RELACIÓN DE CARGA........... 38 Generalidades ....................................................................................................................... 38 Pernos .................................................................................................................................... 38 Junta ...................................................................................................................................... 39 Brida integral y collarín ....................................................................................................... 39 Brida ciega ............................................................................................................................ 41 Brida loca con collarín ......................................................................................................... 41
ANEXO A (Informativo)
REQUISITOS PARA LA LIMITACIÓN DE LA NO-UNIFORMIDAD DE LA TENSIÓN EN LA JUNTA DE ESTANQUIDAD ........................................................ 43
ANEXO B (Informativo)
DIMENSIONES DE LOS PERNOS DE MÉTRICA ESTÁNDAR .. 44
ANEXO C (Informativo)
DISPERSIÓN DE LOS MÉTODOS DE APRIETE DE LOS PERNOS ................................................................................. 45
ANEXO D (Informativo)
MONTAJE UTILIZANDO MOMENTO TORSOR DE ESTIRAMIENTO ........................................................................... 46
ANEXO E (Informativo) ROTACIONES EN LAS BRIDAS ....................................................... 48 E.1 Generalidades ....................................................................................................................... 48 E.2 Uso de la rotación de la brida .............................................................................................. 48 E.3 Cálculo de las rotaciones de la brida .................................................................................. 48
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ANEXO F (Informativo)
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DIAGRAMA DE LA SECUENCIA DE CÁLCULO ......................... 50
ANEXO G (Informativo) UNIONES CON BRIDAS DE ASIENTO CON ESPACIADOR ...... 51 G.1 Introducción .......................................................................................................................... 51 G.2 Comportamiento de las juntas de asiento con espaciador ................................................ 51 G.3 Tratamiento simplificado..................................................................................................... 51 ANEXO H (Normativo)
{A1►} UTILIZACIÓN DEL ANTIGUO FACTOR DE FLUENCIA gC {◄A1} .................................................................... 57
ANEXO ZA (Informativo) {A1►} CAPÍTULOS DE ESTA NORMA EUROPEA RELACIONADOS CON LOS REQUISITOS ESENCIALES U OTRAS DISPOSICIONES DE LA DIRECTIVA 97/23/CE {◄A1} ............................................... 58 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................... 59
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PRÓLOGO Esta Norma EN 1591-1:2001+A1:2009 ha sido elaborada por el Comité Técnico CEN/TC 74 Bridas y sus juntas, cuya Secretaría desempeña DIN. Esta norma europea debe recibir el rango de norma nacional mediante la publicación de un texto idéntico a ella o mediante ratificación antes de finales de septiembre de 2009, y todas las normas nacionales técnicamente divergentes deben anularse antes de finales de septiembre de 2009. Esta norma incluye la Modificación 1 aprobada por CEN el 2009-02-07. Esta norma anula y sustituye a la Norma EN 1591-1:2001. El comienzo y el final del texto introducido o modificado se indica por los símbolos {A1►} {◄A1}. Esta norma europea ha sido elaborada bajo un Mandato dirigido a CEN por la Comisión Europea y por la Asociación Europea de Libre Cambio. Esta norma europea se considera de apoyo a otras aplicaciones y normas de producto que en sí misma apoyan un requisito esencial de seguridad de una Directiva de Nuevo Enfoque, y aparecerá como referencia normativa en ellas. La relación con las Directivas UE se recoge en el anexo informativo ZA, que forma parte integrante de esta norma. La Norma EN 1591 está compuesta por dos partes: − EN 1591-1 Bridas y sus uniones. Reglas de diseño de las uniones de bridas circulares con juntas de estanquidad. Parte 1: Método de cálculo. − {A1►} EN 1591-2 {◄A1} Bridas y sus uniones. Reglas de diseño de las uniones de bridas circulares con juntas de estanquidad. Parte 2: Parámetros de la junta de estanquidad. El método de cálculo satisface los criterios de estanquidad y de resistencia. Se considera el comportamiento del sistema completo bridas-pernos-junta de estanquidad. Los parámetros que se han tenido en cuenta incluyen no sólo los básicos como: − presión del fluido; − valores de resistencia del material de las bridas, pernos y juntas de estanquidad; − factores de compresión de la junta de estanquidad; − carga nominal de los pernos. sino también: − posible dispersión debida al procedimiento de apriete de los pernos; − cambios en la fuerza de la junta de estanquidad debidos a la deformación de todos los componentes de la unión; − influencia de la tubería o la carcasa conectadas; − efecto de las fuerzas axiales exteriores y de los momentos flectores; − efecto de la diferencia de temperatura entre los pernos y el anillo de la brida. El cálculo del procedimiento de sellado está basado en el análisis elástico de las relaciones carga/deformación entre todas las partes de la unión embridada, corregidas con el posible comportamiento plástico del material de la junta de estanquidad. El cálculo de la resistencia mecánica está basado en los análisis del límite (plástico) de la combinación brida-carcasa. Se tienen en cuenta las cargas interiores y exteriores. Las condiciones de carga cubiertas incluyen el montaje inicial, el ensayo hidrostático y todas las condiciones de funcionamiento significativas posteriores. Las etapas de cálculo son, en términos generales, las siguientes:
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EN 1591-1:2001+A1:2009
1) Primero, se determina la carga inicial mínima requerida en los pernos (a alcanzar en el apriete), por eso, en cualquier condición posterior de carga especificada, la fuerza residual no será inferior al valor medio mínimo exigido en la junta de estanquidad (este valor es un dato de la junta de estanquidad según la Norma {A1►} EN 1591-2{◄A1}, por ejemplo). El proceso de determinación de esta carga es iterativo, ya que depende de la anchura eficaz de la junta de estanquidad que, a su vez, depende de la carga inicial de los pernos. 2) Después, las fuerzas interiores que resultan del valor seleccionado como carga inicial de los pernos se derivan de todas las condiciones de carga, y la admisibilidad de las fuerzas exteriores e interiores combinadas se verifica del siguiente modo: − condición de apriete: la verificación se realiza con relación a la fuerza máxima posible en los pernos que puede generarse en el procedimiento de apriete; − condiciones de ensayo y funcionamiento: las verificaciones se realizan con respecto a las fuerzas mínimas necesarias, que aseguren que la unión podrá desarrollar estas fuerzas mínimas sin riesgo de que se alcance el límite elástico, excepto en zonas muy localizadas. En condiciones posteriores (ensayo, funcionamiento), se dan resultados reales más altos de deformación plástica (limitada) en el apriete inicial. Pero las verificaciones así definidas, aseguran que estas deformaciones no reducirán la fuerza en los pernos por debajo del valor mínimo exigido. Si fuese necesario, las rotaciones de la brida se pueden estimar para todas las condiciones de carga, utilizando el anexo E, y los valores obtenidos se comparan con los límites pertinentes de la junta de estanquidad que pudieran ser de aplicación. Las verificaciones para la admisibilidad de las cargas implican factores de seguridad, que son aquellos de aplicación para las tensiones de deformación plástica o resistencia mecánica, en la determinación de las tensiones nominales de diseño utilizadas en el método de cálculo. NOTA Si las bridas se utilizan para cumplir otros códigos, el método de cálculo no especifica valores de tensiones nominales.
Sin embargo, ya que se han tenido en cuenta todos los parámetros significativos de diseño, el uso de factores de seguridad bajos es posible por la utilización especial de tensiones nominales de diseño: − para las condiciones de montaje, las tensiones nominales de diseño tienen los mismos valores que para los ensayos de presión hidráulica (normalmente más altos que para las condiciones de funcionamiento); − las tensiones nominales de diseño para los pernos se determinan mediante las mismas reglas que las de la brida y el material de la carcasa, por ejemplo el mismo factor de seguridad en la tensión de deformación plástica. La fuerza mínima exigida en la junta por consideraciones de estanquidad, se puede determinar de dos maneras diferentes: 1) Utilizando factores tabulados para juntas de estanquidad, por ejemplo los que se dan en la Norma {A1►} EN 1591-2 {◄A1}, que están basados en la experiencia de la industria y se corresponden con las principales relaciones de fugas de gas y vapor. 2) A partir de las relaciones de fugas medidas en comparación con los datos de tensiones en la junta, si están disponibles para la junta de estanquidad, por ejemplo como en la Norma {A1►} EN 1591-2 {◄A1}. Esto permite que el diseño se base en cualquier relación de fugas máxima especificada. El uso de este método de cálculo es especialmente útil en uniones en las que la carga en los pernos se monitoriza durante el proceso de apriete. Cuanto mayor sea la precisión de ésta, mayores beneficios se pueden obtener de la aplicación del método de cálculo. En la presente etapa de desarrollo, el método de cálculo no es de aplicación en uniones con estrecho contacto metal con metal (a excepción de las uniones con bridas de asiento con espaciador (véase el anexo G), o en uniones cuya rigidez varíe apreciablemente a lo largo de la anchura de la junta.
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En el anexo F se muestra un diagrama que ilustra el proceso de cálculo. {A1►} La carga calculada mediante los procedimientos recogidos en esta norma, representa la mínima carga de los pernos que debería aplicarse a las juntas de estanquidad para conseguir la clase de estanquidad requerida. Aumentando la carga de los pernos, dentro de los rangos de carga aceptables de las bridas/pernos/juntas de estanquidad, se reducen los ratios de fuga y se produce un diseño conservador. La carga de los pernos que puede elegir el diseñador estará incluida entre la carga para adquirir la clase de estanquidad y la carga limitada por los rangos de carga. El objeto de la publicación de esta nueva edición de la Norma EN 1591-1:2001 es adaptarla a la Norma EN 1591-2:2008. La metodología de cálculo y la interpretación de los datos de la junta de estanqueidad es objeto del trabajo que está llevando a cabo el Grupo de Trabajo sobre Juntas CEN/TC54/TC69/TC74/TC267/TC269/JWG. Esta publicación es por tanto transitoria y se actualizará en su debido momento. La Norma EN 1591-1 se basa en el principio de conseguir el ratio de fugas seleccionado. Cuando no haya requisitos sobre la limitación de las fugas, se sugieren las siguientes dos modificaciones: − En la ecuación (49) la presión de la superficie de la junta de estanquidad QA puede reemplazarse por Qo,mín. tomada del anexo G de la Norma EN 13445-3:2002. − En la ecuación (50) la presión de la superficie de la junta de estanquidad Qsmín.(L)l puede reemplazarse por Ql,mín. = ml × [Pl], con ml tomada del anexo G de la Norma EN 13445-3:2002. {◄A1} De acuerdo con el Reglamento Interior de CEN/CENELEC, están obligados a adoptar esta norma europea los organismos de normalización de los siguientes países: Alemania, Austria, Bélgica, Bulgaria, Chipre, Dinamarca, Eslovaquia, Eslovenia, España, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Hungría, Irlanda, Islandia, Italia, Letonia, Lituania, Luxemburgo, Malta, Noruega, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Rumanía, Suecia y Suiza.
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EN 1591-1:2001+A1:2009
1 OBJETO Y CAMPO DE APLICACIÓN 1.1 Generalidades Esta norma europea define un método de cálculo para uniones de bridas circulares atornilladas y con junta de estanquidad. Su objetivo es asegurar la integridad estructural y controlar la estanquidad. {A1►} Las siguientes ecuaciones utilizan parámetros de la junta de estanquidad basados en definiciones y métodos de ensayos especificados en la Norma EN 13555. {◄A1} 1.2 Requisitos para la utilización del método de cálculo Cuando sea admisible, el método de cálculo es una alternativa a la validación del diseño mediante otros sistemas, por ejemplo: − ensayos especiales; − práctica probada; − utilización de normas de bridas dentro de las condiciones admitidas. 1.3 Validez 1.3.1 Geometría El método de cálculo es aplicable a configuraciones que tengan: − bridas cuya sección se conozca o se pueda identificar con las que se dan en las figuras 4 a 12; − cuatro o más pernos idénticos uniformemente distribuidos; − juntas de estanquidad cuya sección y configuración, después de cargadas, se pueda identificar con una de las que se indican en la figura 3; − bridas cuyas dimensiones cumplan las siguientes condiciones: a) 0, 2 ≤ bF / eF ≤ 5, 0; 0, 2 ≤ bL / eL ≤ 5, 0
{
b) eF ≥ máx. e2 ; d B0 ; pB × 3 ( 0, 01...0,10 ) × pB / bF
}
c) cos ϕs ≥ 1 / (1 + 0, 01 ds / es ) NOTA 1 − Para explicaciones de simbología, véase el capítulo 3. NOTA 2 − La condición bF / eF ≤ 5, 0 no tiene que cumplirse en collarines combinados con bridas locas. NOTA 3 − La condición eF ≥ pB × 3 ( 0, 01...0,10 ) × pB / bF es para limitar la falta de uniformidad de la presión de la junta de estanquidad debido al espacio entre pernos. Los valores 0,01 y 0,10 se aplican, respectivamente, en juntas blandas (no metálicas) y duras (metálicas). Un criterio más preciso se da en el anexo A. NOTA 4 − Puede ser necesario prestar atención a los efectos de las tolerancias y la corrosión en las dimensiones; se debería hacer referencia a otras normas según las cuales se ha realizado el cálculo, estos valores se dan, por ejemplo en las Normas EN 13445 y EN 13480.
Las siguientes configuraciones están fuera del campo de aplicación del método de cálculo: − bridas cuya geometría no tenga simetría axial, por ejemplo bridas locas con ranura, bridas reforzadas con red; − uniones embridadas que tengan contacto metal con metal, directo o indirecto, entre bridas, dentro y/o fuera de la junta de estanquidad, dentro y/o fuera del círculo de pernos, a excepción del caso especial de las bridas de asiento con espaciador, las cuales están cubiertas por el anexo G.
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1.3.2 Materiales Los valores de las tensiones nominales de diseño no se especifican en este método de cálculo. Éstas dependen de otras normas de aplicación, por ejemplo estos valores se dan en las Normas EN 13445 y EN 13480. Las tensiones de diseño para los pernos se determinarán para las bridas y las carcasas. El modelo de las juntas de estanquidad se basa en un comportamiento elástico con una corrección plástica. Para las juntas de estanquidad de materiales incompresibles, que permiten grandes deformaciones (por ejemplo las juntas planas cuyo principal componente sean gomas), los resultados proporcionados por el método de cálculo pueden ser excesivamente conservadores (es decir, cargas exigidas en los pernos demasiado altas, una presión admisible en el fluido demasiado baja, un espesor de brida demasiado grande, etc.), porque no se tienen en cuenta sus propiedades. 1.3.3 Cargas Este método de cálculo es de aplicación para los siguientes tipos de carga: − presión del fluido: interior o exterior; − cargas exteriores: fuerzas axiales y momentos flectores; − expansión axial de las bridas, pernos y junta de estanquidad, debida, especialmente, a efectos térmicos. 1.3.4 Modelo mecánico El método de cálculo está basado en el siguiente modelo mecánico: a) La geometría de ambas bridas y juntas es simétrica axialmente. Se admiten pequeñas desviaciones, como las debidas a un número finito de pernos. No se permite la aplicación para bridas locas con ranura o bridas ovales. b) La sección transversal del anillo de la brida (corte radial) permanece sin deformarse. Se tratan sólo las tensiones circunferenciales y los esfuerzos en el anillo, se rechazan las tensiones y esfuerzos radiales y axiales. Este presupuesto requiere que se cumpla la condición 1.3.1 a). c) El anillo de la brida está conectado a una carcasa cilíndrica. Un tubo acampanado se trata como si fuese una carcasa cilíndrica equivalente con un espesor de pared calculado, el cual es diferente para el comportamiento elástico y plástico, pero siempre entre el espesor real mínimo y máximo. Las carcasas cónicas y esféricas se tratan como si fuesen carcasas cilíndricas equivalentes con el mismo espesor de pared; las diferencias con la carcasa cilíndrica se tienen explícitamente en cuenta en la fórmula de cálculo. Esta suposición requiere el cumplimiento del punto c) del apartado 1.3.1. En la unión del anillo de la brida y la carcasa, se tiene en cuenta en el cálculo la continuidad del desplazamiento radial y la rotación. d) La junta de estanquidad tiene contacto con las caras de la brida en un área anular (calculada). La anchura útil de la junta (radial) bGe puede ser inferior al espesor real de la junta. Este espesor efectivo bGe se calcula para la condición de unión (I = 0) y se asume que no cambiará para todas las condiciones de carga posteriores (I = 1, 2, …). El cálculo de bGe incluye la rotación elástica de ambas bridas, así como las deformaciones elásticas y plásticas en la junta (aproximadamente) en la condición de montaje. e) {A1►} El módulo de elasticidad de la junta de estanquidad puede aumentar con el esfuerzo de compresión Q en la junta. El módulo de elasticidad es el módulo secante elasto-plástico sin carga medido entre el 100% y el 33% para varios niveles de carga de la junta de estanquidad. El método de cálculo utiliza el esfuerzo más elevado (Q) en condiciones de montaje. {◄A1} f) {A1►} La fluencia de la junta de estanqueidad bajo compresión se aproxima mediante un factor de fluencia PQR.{◄A1}
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EN 1591-1:2001+A1:2009
g) Se tienen en cuenta las deformaciones axiales térmicas y mecánicas de las bridas, los pernos y la junta de estanquidad. h) La carga de la unión embridada tiene simetría axial. Cualquier momento flector que no tenga simetría axial, se sustituye por su fuerza equivalente según el eje, la cual tiene simetría axial según la ecuación (44). i) Los cambios de carga entre las condiciones de carga originan cambios internos de las fuerzas en los pernos y en la junta de estanquidad. Éstos se calculan teniendo en cuenta las deformaciones elásticas de todos los componentes. Para asegurar la estanquidad, la fuerza inicial de montaje requerida se calcula (véase el apartado 5.4) para asegurar que se alcanzan las fuerzas exigidas en la junta de estanquidad en todas las condiciones (véanse los apartados 5.3 y 5.4). j) Las pruebas del límite de carga se basan en las cargas límite de cada componente. Esta aproximación evita deformaciones excesivas. Los límites utilizados para las juntas de estanquidad, que dependen de Qmaáx, son sólo aproximaciones. El modelo no tiene en cuenta lo siguiente: k) La rigidez a la flexión de los pernos y la resistencia a la flexión. Esta es una simplificación conservadora. Sin embargo, la rigidez a la tracción de los pernos incluye (aproximadamente) la deformación en la zona roscada en contacto con la tuerca o el orificio roscado (véase la ecuación (34)). l) Fluencia de las bridas y pernos. m) Deformaciones radiales diferentes en la junta de estanquidad (esta simplificación no tiene efecto en bridas idénticas). n) Pruebas de fatiga (normalmente no se tienen en cuenta en códigos como éste). o) Momentos de torsión exteriores y esfuerzos de cizalladura exteriores, por ejemplo, los ocasionados por la tubería. 2 NORMAS PARA CONSULTA {A1►} Las normas que a continuación se indican son indispensables para la aplicación de esta norma. Para las referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada. Para las referencias sin fecha se aplica la última edición de la norma (incluyendo cualquier modificación de ésta). {◄A1} {A1►} EN 1092-1:2007 {◄A1} Bridas y sus uniones. Bridas circulares para tuberías, grifería, accesorios y piezas especiales, designación PN. Parte 1: Bridas de acero. {A1►} EN 1092-2:1997 {◄A1} Bridas y sus uniones. Bridas circulares para tuberías, grifería, accesorios y piezas especiales, designación PN. Parte 2: Bridas de fundición. {A1►} EN 1092-3:2003 Bridas y sus uniones. Bridas circulares para tuberías, válvulas, accesorios y piezas especiales, designación PN. Parte 3: Bridas de aleación de cobre. {◄A1} {A1►} EN 1092-4:2002 {◄A1} Bridas y sus uniones. Bridas circulares para tuberías, grifería, accesorios y piezas especiales, designación PN. Parte 4: Bridas de aleaciones de aluminio. {A1►} texto eliminado {◄A1} {A1►} EN 13555:2004 Bridas y sus uniones. Parámetros de las juntas de estanquidad y procedimientos de ensayo relativos a las reglas de diseño de las uniones de bridas circulares con junta de estanquidad. {◄A1}
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3 NOTACIÓN 3.1 Uso de figuras Las figuras 1 a 12 ilustran la notación correspondiente a los parámetros geométricos. Sólo muestran los diseños principales y no pretenden ser diseños prácticos. No ilustran todos los tipos posibles de bridas para los cuáles es válido el método de cálculo. Para los tipos de bridas estándar, según la Norma EN 1092, las figuras relevantes son las siguientes: Tipo 01
Figura 8
Tipo 02
Figura 10
Tipo 04
Figura 10
Tipo 05
Figura 9
Tipo 07
Figura 10
Tipo 11
Figura 4
Tipo 12
Figura 11
Tipo 13
Figura 12
Tipo 21
Figuras 4 a 7.
3.2 Subíndices y marcas especiales 3.2.1 Subíndices A
Adicional (FA, MA)
B
Perno
C
Fluencia o de la junta de estanquidad (gc)
D
Cilindro equivalente (tubo acampanado + carcasa conectada) para el cálculo del límite de carga
E
Cilindro equivalente (tubo acampanado + carcasa conectada) para el cálculo de la flexibilidad
F
Brida
G
Junta de estanquidad
H
Extremo acampanado
I
Identificador de la condición de carga (que toma los valores 0, 1, 2 …)
L
Brida loca
M
Momento
P
Presión
Q
Fuerza axial neta debida a la presión
R
Fuerza axial neta debida a la fuerza exterior
S
Carcasa, cizalla
T
Carcasa, modificada
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X
Sección transversal débil
Δ
Símbolo de cambio o diferencia
{A1►}real
las dimensiones reales consideradas en el cálculo{◄A1}
av
media
c
calculado
d
diseño
e
efectivo
máx.
máximo
mín.
mínimo
nom.
nominal
opt
óptimo
{A1►} ref
dimensiones de referencia en el apartado 7.4 de la Norma EN 13555:2004 {◄A1}
req
requerido
s
parte no roscada del perno
t
teórico, par, rosca
0
condición inicial de apriete (I = 0, véase subíndice l)
3.2.2 Marcas especiales ∼ Tilde situada encima de los símbolos de los parámetros de una brida relativos a la segunda brida de la unión, posiblemente con una forma diferente a la primera. 3.3 Símbolos Cuando los símbolos llevan asociadas unidades, éstas se muestran entre corchetes. Si no se aplican unidades, no se da ninguna indicación. AB
Sección transversal total útil de todos los pernos [mm2], ecuación (33)
AF, AL
Sección transversal radial bruta (incluyendo los orificios de los pernos) del anillo de la brida, brida loca [mm2], ecuaciones (5), (7), (8)
AGe, AGt
Área de la junta de estanquidad, útil, téorica [mm2], ecuaciones (39), (36)
C
Coeficiente a considerar en el momento de torsión para la relación de carga en los pernos, ecuación (71)
{A1►} texto eliminado {◄A1} EB, EF, EG, EL
Módulo de elasticidad de la pieza designada por el subíndice, a la temperatura de dicha pieza {A1►} texto eliminado {◄A1}
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FA
Fuerza axial exterior adicional [N], esfuerzo de tracción > 0, esfuerzo de compresión < 0, véase la figura 1
FB
Fuerza en los pernos (suma de la de todos los pernos) [N]
FG
Fuerza en la junta de estanquidad [N]
FGΔ
Fuerza mínima en la junta en la condición de montaje [N] que garantice, después de todos los cambios de carga en las condiciones posteriores, la fuerza requerida en la junta, ecuación [51]
FQ
Fuerza axial de la presión del fluido [N], ecuación (43)
FR
Fuerza resultante de FA y MA [N], ecuación (44)
I
Identificador de la condición de carga, en las condiciones de montaje I = 0, en las condiciones posteriores I = 1, 2, 3 …
IB
π 3 Modulo de torsión plástica [mm3] del cuerpo del perno = × mín. ( d Be ; dBs ) , ecuación (71) 12
{A1►} texto eliminado {◄A1} Ks
Error sistemático debido a la poca precisión del método de apriete de los pernos
MA
Momento exterior adicional [N × mm], figura 1
Mt
Par de montaje de los pernos [N × mm], anexo D
Mt,B
momento de torsión [N × mm] aplicado a los cuerpos de los pernos como resultado del par de montaje de los pernos Mt, ecuaciones (71) y (D.8) a (D.11)
NR
Número de re-montajes y re-aprietes durante la vida útil de la unión, ecuación (67)
P
Presión del fluido [MPa], presión interior > 0, presión exterior < 0 (1 bar = 0,1 MPa)
NOTA P en esta norma es igual a la presión máxima admisible PS, según el PED.
{A1►} PQR
Factor de fluencia que es la relación entre la presión original y residual de la superficie de la junta de estanqueidad en las condiciones de carga [-], ecuación (51), (68) {◄A1}
Q
Tensión de compresión útil media de la junta [MPa], Q = FG/AGe
{A1►} QA
Presión de la superficie de la junta de estanquidad en el montaje antes de la descarga que es necesaria para la validación de QSmín.(L)I en condiciones de servicio [MPa], ecuación (49)
QSmín.(L)
Nivel mínimo de la presión de la superficie de la junta de estanquidad requerido para la clase de estanquidad L tras la descarga en condiciones de carga [MPa], ecuación (50)
Qmín.(L)
Nivel mínimo de la presión de la junta de estanquidad requerido para la clase de estanquidad L en el montaje (en el área efectiva de la junta de estanquidad) [MPa], valor mínimo aceptable para QA
QSmáx.
Presión máxima de la superficie de la junta de estanquidad que se puede imponer de forma segura sobre la junta de estanquidad a la temperatura de servicio sin producir daños [MPa], ecuaciones (72a), (72b)
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Qmáx.
Presión máxima de la superficie de la junta de estanquidad que se puede imponer de forma segura sobre la junta de estanquidad a la temperatura de servicio sin producir daños (para la geometría real de la junta de estanquidad utilizada en conexiones de bridas atornilladas) [MPa], ecuaciones (72b), (72c).
Qmáx.Y
Presión máxima de la superficie de la junta de estanquidad que se puede imponer de forma segura sobre la junta de estanquidad a la temperatura de servicio sin producir daños (independientemente de la geometría de la junta de estanquidad) [MPa], ecuaciones (72a) {◄A1}
TB, TF, TG, TL
Temperatura (media) de la pieza designada por el subíndice [ºC] o [K], ecuación (45)
To
Temperatura de la unión en el montaje [ºC] o [K] (normalmente + 20 ºC)
U
Desplazamiento axial [mm]; ΔU según la ecuación (45)
WF, WL, WX
Resistencia de la pieza y/o la sección transversal designada por el subíndice [N × mm], ecuaciones (74), (86), (88), (90)
XB, XG
Módulo de flexibilidad axial de los pernos, junta [1/mm], ecuaciones (34), (42)
YG, YQ, YR
Conformidad axial de la unión atornillada, relativa a FG, FQ, FR [mm/N], ecuaciones (46), (47), (48)
ZF, ZL
Módulo de flexibilidad rotacional de la brida, brida loca [mm-3], ecuaciones (27), (31), (32)
b0
Anchura del extremo acampanado (o radio) de una brida loca [mm] véase la figura 10, ecuación (15) tal como: d7mín. = d6 + 2 × b0
bF, bL
Anchura efectiva de la brida o brida loca [mm], ecuaciones (5) a (8)
bGi, bGe, bGt
Anchura de la junta de estanquidad (radial), intermedio, útil, teórico [mm], ecuaciones (35), (38), tabla 1
{A1►} c1
Constante numérica para un tipo de junta, por ejemplo c1 = 1/20 para materiales de junta de estanquidad basado en láminas de fibra, para juntas de estanquidad para las cuales no haya ningún valor disponible se puede utilizar c1 = 0, ecuaciones (72a), (72b) {◄A1}
cF, cM, cS
Factores de corrección, ecuaciones (20), (78), (79)
d0
Diámetro interior del anillo de la brida [mm] y también el diámetro exterior de la parte central de una brida ciega (con espesor e0), en ningún caso superior al diámetro interior de la junta de estanquidad [mm], figuras 4 a 12
d1
Diámetro medio del extremo acampanado, extremo delgado [mm], figuras 4, 5, 11 y 12
d2
Diámetro medio del extremo acampanado, extremo grueso [mm], figuras 4, 5, 11 y 12
d3, d3e
Diámetro del círculo de pernos, real, útil, [mm], figuras 4 a 12
d4
Diámetro exterior de la brida [mm], figuras 4 a 12
d5,, d5t, d5e
Diámetro del orificio de los pernos, perforado, ciego, útil [mm], figuras 4 a 12
d6
Diámetro interior de la brida loca [mm], figuras 10, 12
d7
Diámetro de la posición de reacción entre la brida loca y el vástago o collarín [mm], figura 1, ecuaciones (15), (41)
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d8
Diámetro exterior del collarín [mm], figura 10
d9
Diámetro del orificio central en una brida ciega [mm], figura 9
dB0, dBe, dB5
Diámetro del perno: diámetro nominal, diámetro útil, diámetro del cuerpo del perno [mm], figura 2, tabla B.1
dB2, dB3
Diámetro básico del hueco, diámetro básico menor de la rosca [mm], véase la figura 2
dGe, dGt
Diámetro de la junta de estanquidad, útil, teórico [mm], figura 3, tabla 1
dG1, dG2
Diámetro interior, exterior de la superficie teórica de contacto de la junta de estanquidad [mm], figura 3
dE, dF, dL, ds, dx
Diámetro medio de la pieza o sección designada por el subíndice [mm], ecuaciones (5) a (8), (10) a (12), figuras 4 a 12
e0
Espesor de la pared de la placa central de una brida ciega dentro del diámetro d0 [mm], figura 9
e1
Espesor mínimo de la pared en el extremo delgado del extremo acampanado [mm], figuras 4, 5, 11, 12
e2
Espesor en el extremo grueso del extremo acampanado [mm], figuras 4, 5, 11, 12
e D, e E
Espesor de la pared del cilindro equivalente para los cálculos del límite de carga, para los cálculos de flexibilidad [mm], ecuaciones (9), (11), (12), (75)
eF, eL
Espesor axial útil de la brida, brida loca [mm], ecuaciones (5) a (8)
eFb
Espesor del anillo de la brida en el diámetro d3 (posición de los pernos) [mm], ecuación (3)
eFt
Espesor del anillo de la brida en el diámetro dGe (posición de la fuerza de la junta de estanquidad), relevante para la expansión térmica [mm], ecuación (45)
eG
Espesor de la junta de estanquidad [mm], figura 3
eP, eQ
Parte del espesor de la brida con (eP), sin (eQ) carga de presión radial [mm], figuras 4 a 12, de manera que eP + eQ = eF
eS
Espesor de la carcasa conectada [mm], figuras 4 a 8, 10 a 12
eX
Espesor de la brida en la sección débil [mm], figura 9
fB, fE, fF, fL, fS
Esfuerzo nominal de diseño [MPa] de la pieza designada por el subíndice, a la temperatura de diseño [ºC] o [K], tal y como se define y se utiliza en las normas de recipientes presurizados
gC
{A1►} Factor de fluencia para la junta de estanquidad de acuerdo a la Norma EN 1591-1:2001, que se reemplaza por el factor de fluencia PQR. Si se sigue utilizando el factor de fluencia gC, en el anexo H se especifican reglas alternativas para su cálculo {◄A1}
h G, h H, h L
Brazos de palanca [mm], figura 1, ecuaciones (14), (16)
hP, hQ, hR, hS, hT
Correcciones del brazo de palanca [mm], ecuaciones (13), (21) a (24), (29), (30)
jM, jS
Número con signo para el momento, esfuerzo cortante (+1 o-1), ecuación (80)
kQ, kR, kM, kS
Factores de corrección, ecuación (25), (26), (81)
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lB, ls
Dimensiones axiales de los pernos [mm], figura 2, ecuación (34)
le
le = lB - ls
lH
Longitud del extremo acampanado [mm], figuras 4, 5, 11, 12, ecuación (9), (75)
nB
Número de pernos, ecuaciones (1), (4), (33), (34)
pB
Separación entre pernos [mm], ecuación (1)
pt
Paso de la rosca del perno [mm], tabla B.1
r0, r1
Radio [mm], figuras 4, 10
r2
Radio de curvatura en la sección transversal de la junta de estanquidad [mm], figura 3
ΔU
Diferencial de las expansiones axiales [mm], ecuación (45)
ΘF, ΘL
Rotación de la brida, brida loca, debida al momento aplicado (rad), anexo E
Ψ
Relación de carga del anillo de la brida debido a la fuerza radial, ecuación (82)
ΨZ
Valor particular de Ψ, ecuación (74), tabla 2
ΦB, ΦF, ΦG, ΦL, ΦX Relación de carga de la pieza y/o la sección transversal designada por el subíndice, a calcular para todas las condiciones de carga, ecuación (71), (72), (73), (85), (87), (89), (91) Φmáx.
Relación de carga máxima admisible reducida, ecuación (70)
αB, αF, αG, αL
Coeficiente de expansión térmica de la pieza designada por el subíndice, media entre T0 y TB, TF, TG, TL, TS, [K-1]
β, γ, δ, ϑ , k, λ, χ
Variables intermedias, ecuaciones (9), (17), (18), (19), (41), (70), (75), (77)
ε1+, ε1-
Dispersión de la carga inicial en un único perno, por encima del valor nominal, por debajo del valor nominal, anexo C
ε+, ε-
Dispersión de la carga global de todos los pernos por encima del valor nominal, por debajo del valor nominal, ecuaciones (60), (61)
π
Constante numérica (π = 3,141593)
{A1►} ρ
Relación de diámetros dado en la ecuación (28) {◄A1}
φG
Ángulo de inclinación de una cara de sellado [rad o grad], figura 3, tabla 2
φS
Ángulo de inclinación de la pared de la carcasa conectada [rad o grad], figuras 6, 7
3.4 Terminología 3.4.1 Bridas Brida integral:
Brida unida a la carcasa mediante soldeo (por ejemplo soldadura de cuello, véanse las figuras 4 a 7, o soldadura con encastre, véanse figuras 8 y 11) o moldeada con la envolvente (bridas de fundición integrales, tipo 21)
Brida ciega:
Cerramiento plano, figura 9
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Brida loca:
Anillo de brida separado contiguo a un collarín, figura 10
Extremo acampanado:
Extensión axial del anillo de la brida, normalmente conecta el anillo de la brida a la carcasa, figuras 4, 5
Collarín
Contiguo a una brida loca, figura 10
3.4.2 Carga Cargas exteriores:
Fuerzas y/o momentos aplicados a la unión a través de un sistema ligado a ella, por ejemplo el peso y la expansión térmica de las tuberías.
3.4.3 Condiciones de carga Condición de carga:
Estado con un conjunto de cargas simultáneamente aplicadas; designado por I
Condición de montaje:
Condición de carga debida al apriete inicial de los pernos, designada por I = 0
Condición posterior:
Condición de carga posterior a la condición de montaje, por ejemplo la condición de ensayo, de funcionamiento, condiciones que se produzcan durante el arranque y el apagado; designadas por I = 1, 2, 3 …
3.4.4 Cumplimientos Cumplimiento:
Rigidez inversa (axial), símbolo Y, [mm/N]
Módulo de flexibilidad:
Módulo de rigidez inversa, excluyendo las constantes elásticas del material: axial: símbolo X, [1/mm] rotacional: símbolo Z, [1/mm3]
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Figu ura 1 – Cargas y brazos de palanca
le = lB – ls Figura 2 – Pernos
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Fiigura 3 – Juntas de estanquidad
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Leyenda 1 carcasa 2 extremo acampanado 3 anillo
Figura 4 − Bridas de cuello soldado con carcasas cilíndricas (ejemplo 1)
Leyenda 1 carcasa 2 extremo acampanado 3 anillo
Figura 5 − Bridas de cuello soldado con carcasas cilíndricas (ejemplo 2)
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Leyenda 1 carcasa 2 anillo
Figura 6 − Bridas soldadas a carcasas cónicas
Leyenda 1 carcasa 2 anillo
Figura 7 − Bridas soldadas a carcasas esféricas
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Leyenda 1 carcasa 2 anillo
Figgura 8 − Brida con placa soldada
Leyenda 1 carcasa 2 anillo
Figura 9 − Brida ciega
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Leyenda 1 carcasa 2 collarín 3 brida loca
ura 10 − Bridas locas con collarín Figu
Figurra 11 − Brida soldada acampanada
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Figurra 12 − Brida roscada acampanada
4 PARÁMETROS DE CÁLCULO Los parámetros definidos en este capítulo soon dimensiones efectivas, superficies y parámetros de riggidez. 4.1 Parámetros de la brida Las formulas dadas en el apartado 4.1 se debben utilizar en las dos bridas y, si es de aplicación, en los dos collarines de la unión. Los tipos específicos de bridas se tratan del siguiente s modo: − Brida integral: calculada como un anilloo equivalente con sección transversal rectangular, las dimensiones bF × eF conectadas al diámetro dE para una carcaasa equivalente con espesor constante de pared eE. − Brida ciega:calculada como un anillo equivalente e con sección transversal rectangular, las dimensiones d b F × eF conectadas al diámetro dE = d0 para una placa de espesor constante e0. Puede tener una aberturaa central de diámetro d9. Si se conecta una boquilla a la aberturra, dicha boquilla no se tiene en cuenta en el cálculo. mensiones bL × eL sin − Brida loca: calculada como un anillo eqquivalente con sección transversal rectangular, las dim conexión con una carcasa. − Brida roscada: calculada como una bridaa loca con el diámetro interior igual al diámetro de trannsmisión de carga, es decir el diámetro medio de la rosca. − Collarín: El collarín se trata como una brrida integral. En las figuras 4 a 12, el anillo equivalente see representa con un área sombreada.
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4.1.1 Anillo de la brida 4.1.1.1 Orificios de los pernos Separación entre pernos: pB = π × d3 / nB
(1)
Diámetro efectivo del taladro de los pernos:
d 5e = d 5 × d 5 / p B
(2)
Se asume que el diámetro de los taladros ciegos es: d5 = d5t × l5t / eFb
(3)
Diámetro útil del círculo de pernos:
(
d3e = d3 × 1 − 2 / nB2
)
(4)
p B son iguales, así como d 3e y d3e NOTA 1 pB y ~
NOTA 2 Las ecuaciones (1) a (4) no son de aplicación para collarines.
4.1.1.2
Dimensiones efectivas del anillo de la brida
El espesor efectivo eF o eL, utilizado abajo, es el espesor medio del anillo de la brida. Se puede obtener dividiendo la sección transversal del anillo, AF o AL (incluyendo los taladros de los pernos), entre la anchura radial real de esta sección. Al existir una gran variedad de formas de las secciones transversales de las bridas, las fórmulas para el cálculo de AF o AL no se dan para tipos específicos de bridas. Bridas integrales y bridas ciegas (véanse las figuras 4 a 9) bF = ( d 4 − d 0 ) / 2 − d5e
d F = ( d 4 + d0 ) / 2
(5)
eF = 2 AF / ( d 4 − d0 )
bL = d L = eL = 0
(6)
Brida loca con collarín (véase la figura 10) Para el collarín: bF = ( d8 − d 0 ) / 2
d F = ( d8 + d 0 ) / 2
eF = 2 AF / ( d8 − d 0 )
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(7)
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Para la brida: bL = ( d 4 − d 6 ) / 2 − d5e
d L = ( d 4 + d6 ) / 2
(8)
eL = 2 AL / ( d 4 − d 6 )
4.1.2 Carcasa conectada 4.1.2.1
Brida acampanada terminado en punta
Una carcasa cilíndrica (espesor de pared constante eS, diámetro medio dS) integral con un chaflán terminado en punta, se trata como una carcasa cilíndrica equivalente con un espesor útil de pared eE y un diámetro útil medio dE:
( β − 1) × lH eE = e1 × 1 + ( β / 3) × d1 × e1 + I H
β=
e2 e1
dE = {min (d1 - e1 + eE; d2 + e2 - eE) + máx. (d1 + e1 - eE; d2 - e2 + eE)}/2 4.1.2.2
(9)
(10)
Brida no acampanada
Para una carcasa (cilíndrica o cónica o esférica, con espesor constante de pared eS, ángulo φS y diámetro dS en unión con la brida) directamente conectada al anillo de la brida, las dimensiones efectivas son : eE = eS
dE = dS
(11)
Las ecuaciones (11) no son de aplicación cuando se conecta una boquilla a la abertura central de una brida ciega. Este caso está cubierto por el apartado 4.1.2.3. 4.1.2.3
Brida ciega
Para una brida ciega, las dimensiones útiles a emplear son: eE = 0
dE = d0
(12)
Las ecuaciones (12) se aplican a cualquier configuración con brida ciega (sin abertura, con abertura sin boquilla, con abertura con boquilla). 4.1.2.4
Collarín
Las ecuaciones que se aplican son las de los apartados 4.1.2.1 ó 4.1.2.2, dependiendo de si el collarín está o no acampanado. 4.1.3 Brazos de palanca NOTA Cuando la junta es de tipo plano, los parámetros hP y hG pueden calcularse sólo cuando se ha determinado dGe,, es decir, cuando se han realizado los cálculos del apartado 4.3.2.
4.1.3.1
Todas las bridas 2 hP = [(dGe - dE)2 × (2 dGe + dE)/6 + 2 e p2 × dF]/ dGe
Para bridas ciegas: eP = 0.
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4.1.3.2
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Bridas integrales y bridas ciegas
hG = (d3e – dGe)/2
hH = (d3e – dE)/2
(14)
hL = 0 NOTA Estas ecuaciones no se aplican a los collarines.
4.1.3.3
Bridas locas con collarín
d7 mín. ≤ d7 ≤ d7 máx.
(15)
d7 mín. = d6 + 2 b0
d7 máx. = d8
hG = (d7 – dGe)/2
hH = (d7 – dE)/2
(16)
hL = (d3e – d7)/2 Como el valor de d7 no se conoce previamente, se pueden hacer las siguientes hipótesis: − para los cálculos de flexibilidad (es decir, hasta el final del capítulo 5), se toma el valor d70, obtenido con la ecuación (41), como d7; NOTA Se deduce que hG, hN y hL pueden variar con cada iteración necesaria para calcular bGe y dGe (véase el apartado 4.3.2).
− para el cálculo de las relaciones de carga (capítulo 5), se puede utilizar el valor más favorable entre d7mín. y d7máx., como se indica en el apartado 6.6. 4.1.4 Parámetros relativos a la flexibilidad de la brida NOTA Cuando la junta es de tipo plano, el parámetro hQ se puede calcular sólo cuando se ha determinado dGe, es decir, cuando se han realizado los cálculos del apartado 4.3.2.
4.1.4.1
Brida integral y collarín γ = eE × dF/(bF × dE × cosϕs)
(17)
ϑ = 0,35 cos ϕs × d E × eE / eF
(18)
γ = 1 – eP/eF = eQ/eF
(19)
NOTA ep y eQ se definen en las figuras 4 a 12 (cuando eP = eF, eQ = 0).
cF = (1 + γ × ϑ)/{1 + γ × ϑ [4 (1 – 3 λ + 3 λ2) + 6 (1 – 2 λ) × ϑ+ 6 ϑ2] + 3 γ2 × ϑ4}
(20)
hs = 1,1 eF × eF / d E × (1 – 2 × λ + ϑ ) / (1 + γ × ϑ )
(21)
hT = eF (1 – 2 λ – γ × ϑ2)/(1 + γ × ϑ)
(22)
hQ = {hS × kQ + hT × (2 dF × eP/ d E2 – 0,5 tanϕS)} × (dE/dGe)2
(23)
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hR = hS × kR – hT × 0,5 tanϕS
(24)
kQ =
+0,85/cosφs para carcasa cónica o cilíndrica +0,35/cosφS para carcasa esférica
(25)
kR =
–0,15/cosφs para carcasa cónica o cilíndrica –0,65/cosφS para carcasa esférica
(26)
ZF = 3 dF × cF/(π × bF × eF3 ) (27)
ZL = 0 4.1.4.2
Brida ciega
Relación del diámetro:
ρ = d9/dE
(28)
NOTA Advertencia: para una brida ciega, dE = d0 (según la ecuación (12)).
hQ = (dE/8) × (1 – ρ2) × [0,7 + 3,3 ρ2)/(0,7 + 1,3 ρ2] × (dE/dGe)2
(29)
hR = (dE/4) × (1 – ρ2) × (0,7 + 3,3 ρ2)/[(0,7 + 1,3 ρ2) × (1 + ρ2)]
(30)
ZF = 3 dF/{π × [bF × eF3 + dF × e03 × (1 – ρ2)/(1,4 + 2,6 ρ2)]} (31)
ZL = 0 4.1.4.3
Brida loca con collarín
Para el collarín, utilizar las ecuaciones (17) a (27); para la brida loca, utilizar la siguiente ecuación:
ZL = 3 × dL/(π × bL × eL3 )
(32)
4.2 Parámetros de los pernos Las dimensiones de los pernos se muestran en la figura 2. Los diámetros de las series métricas estándar se dan en el anexo B. 4.2.1 Superficie útil de la sección transversal de los pernos
AB = {mín. (dBe; dBs)}2 × nB × π/4
(33)
4.2.2 Módulo de flexibilidad de los pernos 2 2 XB = (ls/ d Bs + le/ d Be + 0,8/dB0) × 4/(nB × π)
El espesor de las arandelas posiblemente presentes en la junta se debe incluir en las longitudes ls y le.
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4.3 Parámetros de las juntas de estanquidad La notación para las dimensiones de las juntas, se indica en la figura 3. {A1►} texto eliminado {◄A1} 4.3.1 Dimensiones teóricas
bGt = (dG2 – dG1)/2
dGt = (dG2 + dG1)/2
AGt = π × dGt × bGt
(35) (36)
NOTA La anchura teórica de la junta bGt es el máximo valor que puede obtenerse de un valor FG muy alto.
4.3.2 Dimensiones útiles La anchura útil de la junta de estanquidad bGe depende de la fuerza FG aplicada a la junta para muchos tipos de juntas. El valor bGe se determina mediante procedimiento iterativo para la condición de montaje con FG = FG0 y se asume que no puede cambiar para las condiciones posteriores. NOTA Para una junta plana, la anchura útil de la junta es igual al doble de la distancia que separa el diámetro exterior de la cara de estanquidad, desde el punto de aplicación de la fuerza de reacción de la junta (es decir, la resultante de las fuerzas de compresión sobre la anchura de la junta).
El valor FG0 utilizado para esta determinación, representa la fuerza mínima que se debe alcanzar en la condición de montaje, para que se cumpla el criterio de estanquidad indicado en el apartado 5.3. Esta fuerza mínima no se conoce cuando se inicia el cálculo. Se obtendrá a través del proceso de cálculo iterativo que comienza en este punto y finaliza con la ecuación (53) del apartado 5.4. Para iniciar el cálculo, se puede elegir cualquier valor arbitrario para FG0. Se recomienda el uso del siguiente valor:
FG0 = AB × fB0/3 – FR0
(37)
donde FR0 se da en el apartado 5.1. La anchura intermedia de la junta bGi se debe determinar a partir de las ecuaciones de la tabla 1, comenzando con la primera aproximación que se da en dicha tabla. Anchura útil de la junta de estanquidad:
bGe = mín. {bGi; bGt}
(38)
Diámetro útil de la junta de estanquidad: El diámetro útil de la junta dGe es el diámetro donde actúa la fuerza de la junta. Se determina a partir de la tabla 1. NOTA Para juntas planas, dGe varía con bGe. En ese caso, bGe es el doble de la distancia entre el diámetro exterior de contacto de la junta y el diámetro útil de la junta de estanquidad.
Superficie útil de la junta de estanquidad:
AGe = π × dGe × bGe
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(39)
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Brazo de palanca:
hG0 =
(d3e – dGe)/2 (d70 – dGe)/2
para brida integral o brida ciega para brida loca con collarín
d70 = mín. {máx. (d7mín.; (dGe + x × d3e)/(1 + x); d7máx.} x = (ZL × EF0)/(ZF × EL0)
(40)
(41)
NOTA La ecuación (41) se aplica sólo en el collarín de las bridas locas.
Las ecuaciones (38) a (41) se vuelven a evaluar de manera iterativa, hasta que el valor bGe sea constante dentro de la precisión requerida. NOTA Es suficiente una precisión del 5%. Para obtener resultados casi independiente del operario, se recomienda, sin embargo, una precisión del 0,1%.
4.3.3 Módulo de flexibilidad axial de la junta de estanquidad
XG = (eG/AGt) × (bGt + eG/2)/(bGe + eG/2)
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(42)
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- 32 -
Tabla 1 − Geometría útil de la junta de estanquidad Tipo
Forma de la junta
Formulación
{A1►}1 Juntas planas, de baja dureza, Primera aproximación: bGi = bGt compuestas o metálicas, materiales, figura 3 a Más preciso:
bGi =
hG0
eG / ( π × dGe × EGm ) × Z / E + h × Z / E F
F0
G0
F
F0
FG0 + π × d Ge × Qmáx.y
2
EGm = EG0 (QG0 = FG0/AGe) para juntas planas de anillo metálico y sección rectangular. EGm = 0,5 × EG0 para juntas planas no metálicas. Z F , Z F según la ecuación (27) o (31)
En todos los casos: dGe = dG2 – bGe {◄A1} 2
Juntas metálicas con superficies Primera aproximación: curvas, contacto simple, figuras 3 b, 3 c bGi = 6 r2 × cos ϕG × bGt × Qmáx.y / EG0 Más preciso: 6 r2 × cos ϕG × FG0 FG0 + b Gi = π × dGe × EG0 π × dGe × Q máx,y
2
En todos los casos : dGe = dG0 3
Juntas metálicas con sección oc- En todos los casos togonal, véase la figura 3 d bGi = longitud bGe según la figura 3 d (Proyección de las superficies de contacto en la dirección axial) dGe = dGt
4
Juntas metálicas de sección Primera aproximación: oval o circular, contacto doble, véanse las figuras 3 e, 3 f bGi = 12 r2 × cos ϕG × bGt × Qmáx.y / EG0 Más preciso: 12 r2 × cos ϕG × FG0 FG0 + b Gi = π × dGe × EG0 π × dGe × Q máx, y
En todos los casos: dGe = dGt
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2
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5 FUERZAS INTERIORES (EN LA UNIÓN)
Las diversas condiciones de carga se indican mediante el valor del indicador “I”. El caso I = 0 es la condición de montaje; valores más altos (I =1, 2, …) indican diferentes condiciones de ensayo, de funcionamiento. El número de condiciones de carga depende de la aplicación. Se deben calcular todas las condiciones de carga potencialmente críticas. 5.1 Carga aplicadas 5.1.1 Condición de montaje (I = 0)
La presión del fluido (interior o exterior) es cero: P0 = 0. Las cargas exteriores FA0 y MA0 se combinan en una fuerza neta FR0 según la ecuación (44) (caso de carga I = 0). Todas las temperaturas son iguales al valor inicial uniforme T0. 5.1.2 Condiciones posteriores (I = 1, 2, ...) 5.1.2.1
Presión del fluido
Presión interior del fluido
PI > 0
Condición sin presurizar
PI = 0
Presión exterior del fluido
PI < 0
FQI = (π/4) × de × PI
(43)
NOTA dGe es la posición de las fuerzas que actúan en la junta de estanquidad y no la posición en la que se alcanza la estanquidad. Este criterio es conservador, sobrestimando la carga originada por la presión del fluido en juntas de gran espesor.
5.1.2.2
Cargas exteriores adicionales
Las cargas adicionales exteriores FAI y MAI se combinan en una fuerza neta FRI del siguiente modo: Fuerza de tracción axial
FAI > 0
Fuerza de compresión axial
FAI < 0
FRI = FAI ± (4/d3e) × MAI
(44)
Se selecciona el signo de la ecuación (44) en función de las condiciones más severas. NOTA Ante la presencia de un momento exterior, las condiciones más severas pueden ser difíciles de prever porque: −
en el lado de la junta en el que el momento induce una carga adicional de tracción (signo + en la ecuación (44)), pueden predominar los límites de carga de las bridas o los pernos, así como la mínima compresión de la junta;
−
en el lado de la junta en el que el momento induce una carga adicional de compresión (signo – en la ecuación (44)), puede ser decisivo el límite de carga de la junta de estanquidad.
En cualquier caso, para una buena práctica, se sugiere que se consideren, sistemáticamente, dos condiciones de carga (una para cada signo en la ecuación (44)) aún cuando no se aplique un momento exterior, asignándose diferentes índices I a cada caso. 5.1.2.3
Cargas térmicas
La expansión térmica relativa a la condición de montaje (temperatura uniforme T0) se trata en la ecuación (45). ΔUI = eB × αBI × (TBI – T0) – eFt × αFI × (TFI – T0) – eL × αLI × (TLI – T0)
– eG × αGI × (TGI – T0) – eFt × α
FI
× ( TFI – T0) – eL × α
LI
× ( TLI – T0))
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(45)
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Donde se debe mantener: eFt + eFt + eL + eL + eG = eB Si en las juntas hay arandelas, su espesor se debe incluir en eFt y eFt . (Se asume que su coeficiente de temperatura y coeficiente de expansión térmica son iguales a los de la brida correspondiente). 5.2 Cumplimiento de la unión
Los brazos de palanca se calculan a partir del apartado 4.1.3. Para las bridas locas se debe utilizar el presupuesto de la ecuación (41). Las siguientes ecuaciones se aplican del modo que se indica a continuación: − La ecuación (46) se aplica a todas las condiciones de carga (I = 1, 2, ...) con: − {A1►} texto eliminado {◄A1} − Q = FG0/AG0 para el cálculo de EGt, para cualquier valor de I; − La ecuación (47) no se aplica en los casos en los que la presión del fluido es cero; − La ecuación (48) se aplica solo en las condiciones de carga en las que FRI ≠ 0 {A1►} YGI = ZF × hG2 /EFI + Z F × hG2 / E FI + ZL × hL2 /ELI + Z L × hL2 / E LI + XB/EBI + XG/EGI
(46) {◄A1}
YQI = ZF × hG × (hH - hP + hQ)/EFI + Z F × hG × ( hH – hP + hQ ) / E FI + ZL × hL2 /ELI + Z L × hL2 / E LI + XB/EBI
(47)
YRI = ZF × hG × (hH + hR)/EFI + Z F × hG × ( hH + hR ) / E FI + ZL × hL2 /ELI + Z L × hL2 / E LI + XB/EBI
(48)
NOTA En las ecuaciones (46) a (48): −
sólo uno de los términos en los cuales los parámetros Z y E tienen el subíndice F se refiere a cada brida integral (o brida ciega); para el mismo lado de la junta (lado sin ~, lado con ~), cualquier término en el que Z y E tengan el subíndice L, no se aplica;
−
dos términos siempre se refieren a cada brida loca;
−
el primero se refiere a la brida en sí misma (término en el que Z y E tienen el subíndice L);
−
el segundo se refiere a su collarín (término en el que Z y E tienen el subíndice F). En consecuencia, los seis términos de estas ecuaciones (uno para los pernos, uno para la junta, cuatro para las bridas y collarines) sólo existen si una unión tiene dos bridas locas. Si no hay ninguna brida loca, sólo existen cuatro términos (uno para los pernos, uno para la junta y dos para las bridas).
5.3 Fuerzas mínimas necesarias en la junta de estanquidad 5.3.1 Condición de montaje (I = 0)
Fuerza mínima en la junta de estanquidad: {A1►} FG0mín. = AGe × QA
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(49) {◄A1}
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5.3.2 Condiciones posteriores (I = 1, 2, ...)
Fuerza requerida para asegurar la estanquidad y que no existe pérdida de contacto en los pernos o tuercas, debido a la carga exterior de compresión axial en la junta o a la presión negativa del fluido: {A1►} FGImín. = máx. {AGe × QSmín.(L)I; – (FQI + FRI)}
(50) {◄A1}
{A1►} NOTA Es fundamental que la selección de QSmín.(L)I dependa de la presión inicial de la superficie de la junta QA que se aplica en las condiciones de montaje. QA y QSmín.(L)I son dos variables que se determinan en el ensayo de estanquidad, de acuerdo a la Norma EN 13555 y que dependen una de la otra. El valor mínimo aceptable de QA es igual a Qmín.(L)I, en este caso QSmín.(L)I es igual a QA. Cuanto más alto sea el valor QA que elijamos menor será el QSmín.(L)I que obtengamos. {◄A1}
5.4 Fuerzas interiores en la condición de montaje (I = 0) 5.4.1 Fuerzas requeridas
Para garantizar que la fuerza en la junta de estanquidad en las condiciones posteriores, nunca cae por debajo del valor FGImín obtenido en la ecuación (50), la fuerza en la junta en la condición de montaje debe ser, al menos, la siguiente: {A1►} FGΔ = máx.todos I ≠ 0 {FGImín. × YGI + [FQI × YQI + (FRI × YRI – FR0 × YR0) + ΔUI]}/(YG0 × PQRI)
(51) {◄A1}
Teniéndose en cuenta que siempre es necesario para el asiento de la junta de estanquidad (ecuación (49)), la fuerza requerida en la junta y la carga correspondiente en los pernos son las siguientes: FG0req = máx. {FG0mín; FGΔ}
(52)
FB0req = FG0req + FR0
(53)
Si el valor FG0req obtenido en la ecuación (52) es más alto que el valor FG0 supuesto hasta este punto, el cálculo se debe repetir desde la ecuación (38), utilizando un valor más alto para FG0 hasta: FG0req ≤ FG0
(54)
En caso contrario, si el valor FG0req obtenido en la ecuación (52) es más bajo que el valor FG0 supuesto hasta este punto, dicho valor es aceptable, porque proporciona una mejor aproximación al valor verdadero de FG0req. El valor verdadero de FG0req se puede alcanzar mediante un número de iteraciones suficientemente grande para que: FG0 ≈ FG0req
(55)
con la precisión exigida. NOTA Es suficiente una precisión del 5%, con FG0 mayor que FG0req. Para obtener un resultado casi independiente del operario, se recomienda, sin embargo, una precisión del 0,1%.
5.4.2 Resultado de la dispersión de la carga en los pernos en el montaje
Todos los métodos de apriete de los pernos tienen algunos niveles de inexactitud. Los valores de dispersión resultantes para un conjunto de nB pernos son ε+ y ε–, por encima y por debajo, respectivamente, del valor que se quiere alcanzar. Estos valores están definidos por las ecuaciones (56) a (58). El anexo C proporciona valores indicativos ε1+ y ε1- para pernos simples.
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Cuando la exactitud de un perno no está influenciado por el de otros pernos, los valores de dispersión ε+ y ε- para la carga total en los pernos, se expresan razonablemente en función de nB, ε1+ y ε1-, como se describe a continuación. Cuando se conoce el error sistemático debido a la poca exactitud del método de apriete de los pernos Ks, la siguiente ecuación define los valores ε1+ y ε1- para la carga global de todos los pernos:
ε + = Ks + ( ε1+ − Ks ) / nb
(56a)
ε − = Ks + ( ε1− − Ks ) / nb
(56b)
Cuando no se conoce el error sistemático debido a la poca exactitud del método de apriete de los pernos Ks, la siguiente ecuación proporciona una aproximación razonable al valor de Ks: Ks = 0,25 ε1+
(57a)
o Ks = 0,25 ε1-
(57b)
En este caso, se aplica la siguiente ecuación:
(
)
(58a)
(
)
(58b)
ε + = ε1+ 1 + 3 / nb / 4 ε − = ε1− 1 + 3 / nb / 4 La fuerza real FB0 está limitada del siguiente modo: FB0 mín. ≤ FB0 ≤ FB0 máx.
(59)
FB0 mín. = FB0 av × (1 – ε-)
(60)
FB0 máx. = FB0 av×(1 + ε+)
(61)
donde
Después del montaje, la fuerza realmente alcanzada en los pernos no debe ser inferior a la mínima fuerza requerida en los pernos FB0 req: FB0 mín. ≥ FB0 req
(62)
En consecuencia, la dispersión del apriete de los pernos se debe tener en cuenta del siguiente modo: a) La fuerza nominal de montaje de los pernos, utilizada para definir los parámetros de apriete: − Para los métodos de ajuste de los pernos que incluyan control de la carga en los pernos: FB0 nom ≥ FB0 req /(1 – ε–)
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(63)
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− Para los métodos de ajuste de los pernos que no incluyan control de la carga en los pernos el valor a seleccionar para FB0 nom es la media de la carga en los pernos FB0 av que puede realmente ser la prevista, en la práctica, para el método utilizado, independientemente de FB0 req. Se debe cumplir la siguiente condición: FB0 nom = FB0 av ≥ FB0 req /(1 – ε–) {A1►} donde ε1– {◄A1} = 0,5
(64)
Si no se cumple, el método de apriete de los pernos inicialmente elegido no es válido y se debe cambiar. NOTA Para el caso común de ajuste manual de los pernos, el anexo C proporciona un valor estimado de FB0 av.
b) Las máximas fuerzas a utilizar en el cálculo del límite de carga (capítulo 6) en la condición de montaje: Deben estar basadas en la fuerza nominal de montaje de los pernos, seleccionada según el apartado a): FB0 máx. = FB0 nom × (1 + ε+)
(65)
FG0 máx. = FB0 máx. – FR0
(66)
El espesor útil de la junta bGe no se debe volver a calcular en esta etapa del proceso de cálculo. 5.5 Fuerzas interiores en condiciones posteriores (I = 1, 2, ...)
Para evitar fugas, la fuerza en la junta en todas las condiciones posteriores debe ser, al menos, la FGt mín. requerida en la ecuación (50). Esta se corresponde con una fuerza de montaje de la junta igual a FGΔ obtenida en la ecuación (51). Si la admisibilidad de las fuerzas en la unión se ha probado para este valor de las fuerzas en la junta en las condiciones de montaje, y se aplica en la práctica una carga en los pernos FB0 (= FG0) > FGΔ + FR0, en las condiciones posteriores de carga se pueden producir deformaciones plásticas, pero la deformación plástica global se evita gracias a los criterios y admisibilidad de cargas. Sin embargo, en el caso de un frecuente montaje (pudiéndose generar en cada montaje una carga en los pernos FGΔ+ FR0), es importante evitar la acumulación de deformaciones plásticas que se pueden producir al inicio de cada nuevo montaje. Esto se consigue verificándose los límites de carga en la unión embridada, en las condiciones posteriores, para una fuerza de montaje en la junta FG0d posiblemente superior a FGΔ. FG0d = máx. {FGΔ; (2/3) × (1 – 10/NR) × FB0 máx. – FR0}
(67)
La fuerza posterior en la junta y la carga en los pernos para los cálculos de límite de carga son: {A1►} FGI = {FG0d × Y G0 × PQRI – [FQI × YQI + (FRI × YRI – FR0 × YR0) + ΔUI]}/YGI FBI = FGI + (FQI + FRI)
(68) {◄A1} (69)
NOTA Cuando no se controla la distorsión progresiva, es decir, cuando FG0d = FGΔ en la ecuación (67), las fuerzas FGt y FBI definidas por las ecuaciones (68), (69) son aquéllas que existen en cualquier condición I ≠ 0 para una carga inicial en los pernos igual a la mínima requerida FB0req.
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En el capítulo 6 se verifica la admisibilidad de estas fuerzas mínimas requeridas (para la condición de montaje, por el contrario, se verifica la admisibilidad de las fuerzas máximas posibles). Las fuerzas reales en las condiciones posteriores son las fuerzas definidas antes por las ecuaciones (68) y (69), debido a la dispersión de cualquier método de apriete de los pernos. Sin embargo, es válido desestimar la parte extra de las fuerzas debida a FB0 real que supera el valor de FB0 req, ya que esta componente es una fuerza “pasiva” (“secundaria”), es decir, que es capaz de desaparecer en la deformación plástica. Cuando se controla la distorsión progresiva, la carga máxima inicial posible en los pernos FB0 máx. se utiliza para determinar una fuerza ficticia en la junta (segundo término en la ecuación (67)), que sirve para limitar a un nivel aceptable la acumulación de deformación plástica en cada nuevo montaje. 6 VERIFICACIÓN DE LA ADMISIBILIDAD DE LA RELACIÓN DE CARGA 6.1 Generalidades
Las cargas en el sistema de unión deben estar dentro de los límites de seguridad todo el tiempo. Estos límites se expresan en las relaciones de cargas calculadas. Cada relación de carga Ф ... debe ser inferior o igual a la unidad para todas las condiciones (I = 1, 2 ...). El índice I para la condición de carga, se omite a continuación para simplificar. NOTA Se debe recordar que para la condición de apriete (I = 0), las fuerzas a considerar son las máximas fuerzas posibles (véase el apartado 5.4.2 b).
En las bridas anchas, se aplica un criterio más restrictivo en las bridas integrales con χ = d4/d0 > 2, 0 y en las bridas locas con χ = d4/d6 > 2,0: En lugar de Ф < 1,0 se debe cumplir: 2 Φ ≤ Φmáx = mín. 1, 0; 0, 6 + 1/ 5, 25 + ( χ − 1)
(70)
Las tensiones nominales de diseño en la condición de montaje son las mismas que en la condición de ensayo. NOTA Para los valores de las tensiones nominales de diseño, véase el apartado 1.3.2.
6.2 Pernos
La tensión nominal de diseño de los pernos se debe determinar mediante las mismas reglas que se han utilizado para la tensión nominal de diseño en las bridas y carcasas: La relación de carga en los pernos: 2
2
M tB 1 FB ΦB = + 3 C ≤1 f B AB IB
(71)
donde C=1
en la condición de montaje, para un material del perno con un alargamiento a la rotura mínima A ≥ 10%
C = 4/3
en la condición de montaje, para un material del pernos con un alargamiento a la rotura mínima de A < 10%
C=0
en el resto de condiciones de carga.
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NOTA En la condición de montaje, el valor a considerar para el momento de torsión Mt,B que actúa en los cuerpos de los pernos, es el valor máximo posible (al igual que en la fuerza axial FB véase 6.1), definida como: Mt,B máx. = Mt,B nom × (1 + ε+)
Mt,B nom se puede determinar según el anexo D (informativo), para los métodos de apriete que impliquen la aplicación del momento torsor para la tuerca. Con tensiones hidráulicas, Mt,B = 0. NOTA El valor C =1 se basa en un criterio de límite plástico. Debido a este criterio, se pueden producir algunas tensiones plásticas limitadas en la periferia de los pernos en la condición de montaje.
El uso de este criterio está validado por la experiencia industrial, para un material de los pernos con una ductilidad suficiente (A ≥ 10%). El valor C = 4/3 está basado en un criterio de límite elástico. Incluso con un material suficientemente dúctil, se puede seleccionar si se desea un comportamiento estrictamente elástico en los pernos en la condición de montaje. NOTA Se recomienda observar una relación de carga mínima ФB0mín. = 0,3 en la condición de montaje, ya que una carga inicial en los pernos más pequeña no es una buena práctica.
6.3 Junta
{A1►} Qmáx.Y = Qsmáx./{1 + c1 × (bG/eG)ref)} Qmáx. = Qsmáx. × {1 + c1 × (bG/eG)real)}/{1 + c1 × (bG/eG)ref)}
(72 a) (72 b){◄A1}
Relación de carga de la junta: ΦG = FG/(AGt × Qmáx.) ≤ 1
(72)
6.4 Brida integral y collarín
Relación de carga para la brida, o collarín (para el collarín Фmáx. = 1,0): ΦF = |FG × hG + FQ × (hH – hP) + FR × hH| /WF ≤ Φmáx.
(73)
WF = (π/4) × {fF × 2 × bF × eF2 × (1 + 2 × Ψopt × ΨZ - Ψ 2Z ) + fE × dE × eD2 × cM × jM × kM}
(74)
eD = e1 × 1 +
(75)
4 ( β / 3)4 × ( d1 × e1 )2 + lH4
( β − 1) × lH
fE = mín. (fF; fS) δQ = P × dE/(fE × 2 × eD × cosϕS);
(76) δR = FR/(fE × π × dE × eD × cosϕS)
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(77)
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cM
- 40 -
2 2 2 1,33 × 1 − 0, 75 × ( 0,5 × δ Q + δ R ) × 1 − 0, 75 × δ Q + 1 × δ R = 2 2 2 1,33 × 1 − 0, 75 × ( 0,5 × δ Q + δ R ) × 1 − 0, 25 × δ Q + 3 × δ R
para carcasa cónica y cilíndrica para carcasa esférica
(
)
(
)
(78)
π 2 × 1 − 0, 75 × ( 0,5 × δ Q + δ R ) + jS × ( 0,5 × δ R − 0,75 × δ Q ) para carcasa cónica y cilíndrica 4 cS = π × 1 − 0, 75 × 0,5 × δ + δ 2 + j × 1,5 × δ − 0, 25 × δ para carcasa esférica ( Q R) S ( R Q ) 4
(79)
jM = signo {FG × hG + FQ × (hH – hP) + FR × hH};
(80)
-1 ≤ kM ≤ + 1; Ψ ( j,k
M ,k S
)=
jS = ± 1
0 ≤ kS ≤ 1
(81)
f E × d E × eD × cos ϕS f F × 2 × bF × eF
eD × cM × cS × (1 + jS × kM ) × ( 0,5 × δ Q + δ R ) × tanϕS − δ Q × 2 × eP / d E + jS × kS × d E × cos3ϕS
(82)
Los valores a utilizar de js, kM, kS se definen en la secuencia de cálculo descrita en la tabla 2. Ψopt = jM × (2 × eP/eF – 1);
(– 1 ≤ Ψopt ≤ + 1)
(83)
Ψmáx. = Ψ(+1, +1, +1) Ψ0 = Ψ(0, 0, 0);
(84) Ψmín. = Ψ(-1, -1, +1)
El valor ΨZ en la ecuación (74) depende de jM y Ψopt como se indica en la tabla 2. Tabla 2 − Determinación de ΨZ
jM
jM = +1
jM = -1
Rango de Ψopt
kM
Ψ(j, kM, ks)
Ψmáx. ≤ Ψopt
kM = + 1
ΨZ = Ψmáx.
Ψ0 ≤ Ψopt < Ψmáx.
kM = + 1
ΨZ = Ψopt
Ψopt < Ψ0
kM < + 1
ΨZ = Ψ ( –1, k M , +1)
Ψopt ≤ Ψmín.
kM = – 1
ΨZ = Ψmín.
Ψmín. < Ψopt ≤ Ψ0
kM = – 1
ΨZ = Ψopt
Ψ0 < Ψopt
kM > – 1
ΨZ = Ψ ( +1, k M , +1)
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La secuencia de cálculo debe ser la siguiente: a) Calcular eD a partir de la ecuación (75), con β previamente calculado mediante la ecuación (9). b) Calcular fE, δQ, δR, cM a partir de las ecuaciones (76) a (78). (Si el valor de cM es negativo, el acampanado está sobrecargado). c) Calcular cS(js =+1), cS(js =-1), jM, Ψopt, Ψ0, Ψmáx., Ψmín. a partir de las ecuaciones (79) a (84). (Si Ψmáx. < –1 ó Ψmín. > +1, el anillo está sobrecargado). d) Determinar kM y ΨZ según la tabla 2. Cuando esta tabla indica kM < +1 o kM > –1 o kM sin más precisión, el valor de kM se debe determinar para que WF sea máximo en la ecuación (74), que se calcula en la etapa e) como sigue. El valor de ΨZ asociado con kM se obtiene en la ecuación (82). e) Calcular WF, ФF a partir de las ecuaciones (74), (73). 6.5 Brida ciega
Relación de carga para una brida ciega: ΦF = máx
{ |FB × hG + FQ × (1 – ρ3) × dGe / 6 + FR × (1 – ρ) × dGe/2|; |FB × hG|; |FQ × (1 – ρ3) × dGe / 6|; |FR × (1 – ρ) × dGe / 2| / WF ≤ 1,0
WF = (π/4) × fF × {2 × bF × eF2 + d0 × (1 – ρ) × e02 }
(85) (86)
Si existiese una posible sección crítica en la que ex< eF (véase la figura 9), se calcula adicionalmente el siguiente relación de carga. ΦX = FB × (d3 – dX) / (2 WX) ≤ 1,0
(87)
WX = (π/4) × fF × {(d4 – 2 d5e – dX) × eF2 + dX × eX2 }
(88)
6.6 Brida loca con collarín
Relación de carga para una brida loca: ΦL = FB × hL/WL ≤ Φmáx.
(89)
WL = (π/2) × fL × bL × eL2
(90)
La relación de carga para el collarín se puede evaluar arbitrariamente a partir del apartado 6.4 (siempre con Фmáx. = 1,0) o con la ecuación (91). Es válido el resultado más favorable (es decir, el menor de ambos valores de ФF). La ecuación (91) sólo es de aplicación en uniones que utilicen junta plana con (dG2 – d7) > 0.
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ΦL =
- 42 -
FQ + FR × hH
{ }
(π / 4 ) × d E × f E × mín. eE2 ; eF2 + mín. f F × eF2 ; Qmáx. × dG2 − d7
(
)
2
/ 4
≤ 1, 0
(91)
Los brazos de palanca hG, hH, hL se pueden determinar variando el diámetro d7 de manera que las ecuaciones (89) a (91) y (73) a (84) proporcionen el resultado más favorable, es decir que el máximo de (ФL; ФF) sea mínimo. En el caso de FQ + FR > 0, el resultado más favorable se obtiene, generalmente, cerca de d7mín., según la ecuación (15). En la condición de montaje (con FQ = 0 y FR = 0), en contraste con el óptimo, está cerca de d7máx.. NOTA − El diámetro d7 puede ser diferente, dependiendo de la condición de carga. Para la condición de montaje (I = 0) los cálculos del límite de carga se pueden realizar con un valor d7 diferente del valor d70 obtenido en la ecuación (41).
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ANEXO A (Informativo) REQUISITOS PARA LA LIMITACIÓN DE LA NO-UNIFORMIDAD DE LA TENSIÓN EN LA JUNTA DE ESTANQUIDAD
Para limitar la no-uniformidad de la tensión en la junta debido a que los pernos estén muy separados entre sí, se requiere que:
{A1►} eF ≥ pB × 3
1 − Φ G0 2 EGm × bGe pB {◄A1} × × EF × eG bF 10
EGm se da en la tabla 1, ФG0 en la ecuación (72) para I = 0 con FG0 = FB0 nom × (1 – ε–) – FR0. Para bridas locas, se utilizan eL, bL, EL en lugar de eF, bF, EF.
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ANEXO B (Informativo) DIMENSIONES DE LOS PERNOS DE MÉTRICA ESTÁNDAR
Tabla B.1 − Diámetros de pernos de métrica estándar Medida del pernoa
dB0
dBeb
dBs c
M6 × 1 M8 × 1,25 M10 × 1,5 M12 × 1,75 M14 × 2e M16 × 2 M18 × 2,5e M20 × 2,5 M22 × 2,5e M24 × 3 M27 × 3 M30 × 3,5 M33 × 3,5e M36 × 4 M39 × 4 M42 × 4,5 M45 × 4,5 M48 × 5 M52 × 5 M56 × 5,5 M60 × 5,5e M64 × 6 M68 × 6e M72 × 6 M76 × 6e M80 × 6 M90 × 6 M100 × 6
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30 33 36 39 42 45 48 52 56 60 64 68 72 76 80 90 100
5,06 6,83 8,59 10,36 12,12 14,12 15,65 17,65 19,65 21,19 24,19 26,72 29,72 32,25 35,25 37,78 40,78 43,31 47,31 50,84 54,84 58,37 62,37 66,37 70,37 74,37 84,37 94,37
– – – 8,5 10,0 12,0 – 15,0 – 18,0 20,5 23,0 25,5 27,5 30,5 32,5 35,5 37,5 41,0 44,0 – 51,0 – 58,5 – 66,0 75,0 84,0
d
5,3 7,1 9,0 10,8 12,7f 14,7 16,3f 18,3 20,3f 22,0 25,0f 27,7 30,7f 33,4 36,4f 39,0 42,0f 44,7 48,7f 52,4 56,4 60,1 64,1 68,1 72,1 76,1 86,1 96,1
a
Para M6 a M64 el paso de la rosca pt es la misma que en las series normales (según la Norma ISO 261); para métricas a partir de M64, incluyendo a ésta, las dimensiones nominales son conformes con las Normas {A1►} EN ISO 4014 {◄A1} y {A1►} EN ISO 4016. {◄A1}
b
El valor de dBe se corresponde con la siguiente definición: dBe = (dB2 + dB3)/2 (véase la figura 2); dBe = dB0 – 0,9382 × pt
c d
Diámetro de los cuellos de los pernos con cuello hacia abajo (dimensiones no normalizadas por normas EN ni ISO). Diámetro del cuerpo para la rosca girada (aproximadamente igual que el paso básico del diámetro dB2 según la Norma ISO 724).
e
Dimensiones que no son preferentes.
f
Dimensiones que no están normalizadas por normas EN o ISO.
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ANEXO C (Informativo) DISPERSIÓN DE LOS MÉTODOS DE APRIETE DE LOS PERNOS
Tabla C.1 − Valores ε1- y ε1+ indicativos para las ecuaciones (56) a (58) para un perno simple Método de apriete; Método de medición
Factores que afectan a la dispersión
Valores de dispersión a, b, c, d
ε1 –
ε1 +
Torsión: Estimación del operario o sin controlar
Fricción, rigidez, cualificación del 0,3 {A1►} operario texto eliminado {◄A1} + 0,5 μ
0,3 {A1►} texto eliminado {◄A1} + 0,5 μ
Torsión por impacto
Fricción, rigidez, calibración
0,2 {A1►} texto eliminado {◄A1} + 0,5 μ
0,2 {A1►} texto eliminado {◄A1}+ 0,5 μ
0,1 {A1►} texto eliminado {◄A1} + 0,5 μ
0,1 {A1►} texto eliminado {◄A1} + 0,5 μ
Tensor hidráulico: Medición de la pre- Rigidez, longitud del perno, calisión hidráulica bración
0,2
0,4
Torsión o tensor hidráulico: Medición de un alargamiento del perno
0,15
0,15
Torsión: Medición del giro de la tuerca Rigidez, fricción, calibración (cerca del límite elástico del perno)
0,10
0,10
Torsión: Medición del momento torsor y Calibración del giro de la tuerca (cerca del límite elástico del perno)
0,07
0,07
Momento torsor = Estiramiento con me- Fricción, calibración, lubricación dición del par torsor (sólo)
a b c d
Rigidez, longitud del perno, calibración
Operarios muy expertos, pueden conseguir dispersiones inferiores a los valores dados (por ejemplo, ε = 0,2 en lugar de ε = 0,3 con momento torsor de estiramiento); para operarios inexpertos, la dispersión puede ser mayor que la indicada. Los valores de dispersión tabulados, son para un único perno, la dispersión de la carga total en los pernos será inferior, por razones estadísticas, véase el apartado 5.4.2. Con tensor hidráulico, ε1+ y ε1- no son iguales, debido al hecho de que se aplica una carga adicional al perno mientras se gira la unidad de contacto, antes de que se transfiera la carga a la tuerca. μ es el coeficiente de fricción que se puede asumir entre el perno y la tuerca.
Una aproximación de la fuerza media inicial en los pernos que se alcanza mediante apriete manual, utilizando anillos de estiramiento estándar (sin brazo de palanca adicional y sin impactos de martillos): Fuerza media en los pernos:
FB0av
=
AB ×
1 000 d B0
donde AB se expresa en [mm2], dB0 en [mm] y FB0av en [N]. NOTA Sin embargo, este apriete sin control no se recomienda.
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(C.1)
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ANEXO D (Informativo) MONTAJE UTILIZANDO MOMENTO TORSOR DE ESTIRAMIENTO
El momento torsor aplicado para apretar los pernos es: Mt,nom = kB × FB0nom/nB
(D.1)
donde la fuerza nominal de montaje en los pernos es: FB0nom = nB × Mt,nom /kB
(D.2)
La fórmula general para kB es: kB = pt/(2π) + μt × dt/(2cosα) + μn × dn/2
(D.3)
donde dn = diámetro de contacto debajo de la tuerca o en la cabeza del perno; dt = diámetro de contacto en la rosca; μn = coeficiente de fricción debajo de la tuerca o en la cabeza del perno; μt = coeficiente de fricción en la rosca;
pt = paso de la rosca; α = medio ángulo de rosca
En la ecuación (D.3), el primer término se debe a la inclinación del ángulo de hélice de la rosca, el segundo es debido a la fricción entre roscas, y el tercero a la fricción debajo de la rosca (o en la cabeza del perno). Para roscas con perfil triangular ISO, la ecuación para obtener kB es: kB = 0,159 pt + 0,577 μt × dB2 + 0,5 μn × dn donde dB2 el diámetro de la rosca (véase la figura 2). Se puede hacer un cálculo aproximativo: μt = μn = μ
dB2 ≈ 0,9 dB0 dn ≈ 1,3 dB0 donde dB0 es el diámetro de la rosca (véase la figura 2).
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(D.4)
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Con lo anterior, se llega a la siguiente fórmula simplificada, que proporciona una mejor estimación de kB: kB ≈ 0,16 pt + 1,17 μ × dBO
(D.5)
Con la siguiente fórmula, más simple, se consigue una aproximación más basta: kB ≈ 1,2 μ × dB0
(D.6)
En la fórmula (D.5) y (D.6), el coeficiente de fricción μ es un valor medio, que tiene en cuenta la fricción de las roscas de los pernos y de la cara (o cabeza) de la tuerca. Los valores que se dan a continuación para μ, son valores indicativos típicos, el mayor de los cuales corresponde a aceros austeníticos. 0,10 a 0,15 para superficies suaves lubricadas μ=
0,15 a 0,25 para condiciones "normales", medias
(D.7)
0,20 a 0,35 para superficies secas, rugosas NOTA − El uso de un momento torsor de estiramiento simple, sin un dispositivo multiplicador, está limitado a, aproximadamente, Mt,nom ≈ 1 000 Nm.
Momento torsor nominal en los cuerpos de los pernos
Este momento es, aproximadamente, igual a la parte del par de montaje debida al coeficiente de fricción en las roscas. A partir de la ecuación (D.1) y (D.4): Mt, B nom = (0,159 pt + 0,577 μt × dB2)FB0 nom/nB
(D.8)
Con las mismas aproximaciones que en la ecuación (D.5), se obtiene la siguiente ecuación simplificada: Mt, B nom ≈ (0,16 pt + 0,52 μ × dBO)FB0 nom/nB
(D.9)
o incluso más simple: Mt, B nom ≈ (0,55 μ × dBO)FBOnom/nB
(D.10)
NOTA − En la ecuación (D.10) se considera: Mt, B nom = 0,46 Mt, nom
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(D.11)
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ANEXO E (Informativo) ROTACIONES EN LAS BRIDAS
E.1 Generalidades
Las rotaciones que se pueden esperar, en la práctica, en las bridas, dependen entre otros parámetros, de la fuerza real inicialmente aplicada en el apriete. Además, se pueden producir algunas (pequeñas) deformaciones plásticas, tanto en el apriete como en las condiciones posteriores. Por lo tanto: − sólo se pueden evaluar los límites más bajos y más altos de las rotaciones, asumiéndose sucesivamente valores mínimos y máximos posibles en la carga inicial de los pernos; − sólo se puede calcular la parte elástica de las rotaciones. E.2 Uso de la rotación de la brida
Si el fabricante de la brida especifica un valor máximo aceptable de rotación de la brida para la junta de estanquidad, los valores calculados se deben verificar para asegurarse de que son inferiores a este valor máximo admisible.
y ΘL + Θ se pueden utilizar para controlar la carga en el perno durante el montaje. Los valores medidos de ΘF + Θ F L E.3 Cálculo de las rotaciones de la brida
La rotación elástica de cada brida o collarín, se puede calcular mediante la siguiente ecuación (E.1), y para las bridas locas con la ecuación (E.2): ΘF = (ZF/EF) × {FG × hG + FQ × (hH - hP + hQ) + FR × (hH + hR)}
(E.1)
ΘL = (ZL/EL) × FB × hL
(E.2)
Las fórmulas anteriores son aplicables en todas las condiciones de carga (I = 0, 1, 2 ...), utilizándose valores apropiados de EF, EL, FQ, FR, FG y FB para cada condición: EF1, EL1 =
mismos valores que en otros casos
FQI, FRI = valores según las ecuaciones (43) y (44) FGI, FBI =
utilizar los valores mínimos posibles de cargas en la junta y en los pernos para calcular las rotaciones mínimas, utilizar respectivamente los valores máximos posibles para calcular las rotaciones máximas.
Estos valores se obtienen a través de las siguientes ecuaciones: − para la condición de apriete (I = 0) FB0mín.= FB0nom × (1 – ε–)
(E.3)
FB0máx.= FB0nom × (1 + ε+)
(E.4)
FG0mín.= FB0mín. – FR0
(E.5)
FG0máx. = FB0máx. – FR0
(E.6)
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− para condiciones posteriores (I ≠ 0): FGImín. = {FG0mín. × YG0 – [FQI × YQI + (FRI × YRI – FR0 × YR0) + ΔUI]}/YGI
(E.7)
FGImáx. = {FG0máx. × YG0 – [FQI × YQI + (FRI × YRI – FR0 × YR0) + ΔUI]}/YGI
(E.8)
FBImín. = FGImín. + (FQI + FRI)
(E.9)
FBImáx. = FGImáx. + (FQI + FRI)
(E.10)
Los valores máximos y mínimos de FGI, FBI se obtienen a partir de las siguientes ecuaciones:
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ANEXO F (Informativo) DIAGRAM MA DE LA SECUENCIA DE CÁLCULO
1) 2)
1) Sólo en el caso de bridas locas. 2) Para simplificar, no se indica la posible optimizació ón de d7 (si se trata de una brida loca) (véase el apartado 6.6).
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ANEXO G (Informativo) UNIONES CON BRIDAS DE ASIENTO CON ESPACIADOR
G.1 Introducción
Algunas juntas de estanquidad tienen un anillo espaciador externo formado por un sólido metal anular (o un material “rígido” similar) que está situado entre la periferia exterior del elemento de estanquidad de la junta y de los pernos. Las juntas en espiral tienen a menudo un anillo externo espaciador de este tipo. Estas juntas de estanquidad se usan de dos maneras: 1) La carga aplicada en los pernos es inferior que la que se requiere para asentar las caras de la brida en el anillo externo espaciador de la junta. 2) La carga aplicada en los pernos en el montaje es suficientemente elevada como para asentar las caras de la brida en el anillo externo espaciador de la junta. El método de diseño descrito en el cuerpo de esta norma, es directamente aplicable al caso 1) pero requiere una modificación, como se describe a continuación, para el caso 2). G.2 Comportamiento de las juntas de asiento con espaciador
En el caso 2), las caras de la brida, que están ligeramente inclinadas, tienen un contacto inicial con la periferia externa del anillo espaciador y se producen deformaciones elásticas locales en los contactos. Para cargas más altas, el material puede ceder durante el contacto sobre una anchura inicialmente indeterminado. La deformación afecta a la rigidez del espaciador y a la magnitud y localización de las fuerzas de reacción (y de sus momentos) en el espaciador y en el elemento de estanquidad. Estos efectos en el giro modifican la rotación de la brida y viceversa. El tipo de cara de la brida también afecta a este comportamiento. Para una cara con resalte, el contacto se produce fuera de la periferia externa de la cara, pero en una brida plana, el contacto se produce en la periferia externa del espaciador. Una complicación fundamental es que el contacto con el espaciador puede existir después del apriete, pero no en una condición posterior con presión interior de fluido (o incluso al revés, por ejemplo con presión exterior). La característica más desfavorable de las bridas de asiento espaciadoras, se deriva del hecho de que la fuerza de la junta en el elemento de estanquidad (FG) tiene su valor máximo en el comienzo del contacto de asiento y decrece después con el incremento de la carga en los pernos. De aquí surge un límite superior de la presión interior del fluido máxima posible, independiente de cualquier límite de carga. (Este límite sustancial no existe en las bridas normales sin asiento espaciador). Por lo tanto, el método usual (descrito en el cuerpo de esta norma) para calcular la carga requerida para el montaje en la junta y en los pernos para evitar fugas en todas las condiciones posteriores, no es aplicable a las bridas de asiento con espaciador. Para una presión de fluido requerida, por encima del límite superior, ninguna carga en los pernos evita las fugas; la unión embridada, en este caso, nunca es aceptable. Debido a las complicaciones anteriores, se presenta un tratamiento simplificado a continuación: G.3 Tratamiento simplificado G.3.1 Supuestos
1) El contacto espaciador es rígido 2) No hay ninguna carga adicional (FR(I) = 0 y ΔU(I) = 0 para todos I) 3) Ambas bridas son bridas integrales (no necesariamente bridas iguales, pero no bridas locas).
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G.3.2 Notación adicional
EG–
Módulo de compresión de la junta de estanquidad sin carga (elemento de estanquidad), igual al valor EG utilizado en el cuerpo de esta norma [MPa]
EG+
Módulo de compresión de la junta cargada [MPa]
FSR
Fuerza en el anillo espaciador [N]
Y ...
Cumplimiento de la unión embridada, especificado por diferentes subíndices [mm/N]
eG(0,0)
Espesor de la junta de estanquidad [mm] sin fuerza y al inicio del montaje
eG(I)
Espesor real de la junta de estanquidad [mm] en la condición de carga de número I
eSR
Espesor del anillo espaciador [mm] (no variable)
hSR
Brazo de palanca entre FSR y FB [mm]
ζG
Parámetro para la junta
η ...
Parámetros para la unión embridada, especificados por diferentes subíndices
Para una presentación más visible, el identificador de la condición de carga se escribe entre paréntesis: (I). G.3.3 Procedimiento
− Los primeros resultados se calculan con el método especificado en el cuerpo de esta norma para juntas de asiento sin espaciador. − A continuación, se calcula la carga en los pernos en el inicio del contacto entre la brida y el espaciador. Esto permite verificar si existirá realmente contacto espaciador o no en la unión. − Si existiese contacto, se realiza la segunda etapa de cálculo para determinar los cambios en las fuerzas de la junta, espaciador y pernos durante el montaje y en las condiciones posteriores de carga. − Después se efectúan dos verificaciones para las condiciones requeridas de estanquidad y contacto. Si estas verificaciones no se cumplen, se debe suponer una nueva carga en los pernos para el montaje. En algunos casos ninguna carga en los pernos es adecuada para que se cumplan todas las condiciones; en estos casos se debe cambiar el diseño. G.3.4 Cálculos G.3.4.1 Fuerzas en la etapa 1 de montaje (sin contacto con el espaciador)
La carga en los pernos en el inicio del contacto entre la brida y el espaciador:
F B(0*) =
eG(0,0) _ eSR
(
)
( Z F / E F ) × hG ( hG − hD ) + ( Z F / E F ) × hG × hG − hD + ( X G / EG + ) (0)
(G.1)
NOTA XG se calculará con el espesor real de la junta eG, que tiene las limitaciones eSR < eG < eG(0,0). Aquí se puede suponer que eG ≈ 0,5 (eG(0,0) + eSR)
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NOTA Si sólo se conocen valores de EG- pero no de EG+, hay dos formas de determinar EG+: O bien estimar EG+ ≈ (0,05...0,2) EG-≈ 0,1 EG-, o calcular EG+ = (XG × FGS) / (eG(0,0) – eSR), donde FGS es la fuerza para comprimir el elemento de estanquidad uniformemente entre las placas rígidas hasta el mismo espesor que el espaciador.
Si la carga real de montaje en los pernos FB(0) cumple la condición FB(0) < FB(0*)
(G.2)
durante todo el montaje no se produce contacto con el espaciador. (En el tratamiento simplificado se supone, entonces, que no existe contacto con espaciador en las condiciones posteriores). De no ser así, la unión es de asiento con espaciador y se puede calcular del siguiente modo: La etapa de montaje 1 (sin contacto con el espaciador) termina cuando FB(0) = FB(0*). G.3.4.2 Las fuerzas en la etapa de montaje 2 (con contacto con el espaciador)
Parámetro: η0S =
) (
(
)
(
) (
)
Z / E × h − h × h + Z / E × h − h × h G SR SR F F G SR SR (0) F F Z F / EF × hG − hSR
(
) (
)2 + ( ZF / E F ) × ( hG − hSR )2 + ( X G / EG- )
(G.3)
(0)
Fuerzas: FG(0) = FB(0*) – (FB(0) – FB(0*)) × η0S
(G.4)
FSR(0) = + (FB(0) – FB(0*)) × (1 + η0S)
(G.4)
G.3.4.3 Cumplimiento
Simplificación: hSQ = (hH – hP + hQ)
(G.6)
Bridas integrales sin contacto con el espaciador (subíndice N para normal o sin contacto; véase el apartado 5.2)
(
) (
(
)
)
(
) (
)
YGN(I) Z F / EF(I) + Z F / E F(I) × hG2 + X B / EB(I) + X G / EG-(I)
(
)
(
YQN(I) Z F / EF(I) × hSQ + Z F / E F(I) × hSQ × hG + X B / EB(I) ηTN = YGN(0)/YGN(I)
)
(Subíndice T para el efecto de la temperatura)
ηQN = YQN(I)/YGN(I)
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(G.7)
(G.8)
(G.9) (G.10)
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Bridas integrales con contacto con el espaciador (subíndice S para el espaciador asentado)
(
) (
)(
YGS(I) Z F / EF(I) + Z F / E F(I) × hG − hSR
)2 +
{ (
) (
)
(
)(
) (
)(
(
)(
) (
)(
(
)
(G.11)
(
2 + X G / EG-(I) × 1 + Z F / EF(I) + Z F / E F(I) × hSR / X B / EB(I)
)}
)
YGQ(I) Z F / EF(I) × hSQ − hSR + Z F / E F(I) × hSQ − hSR × ( hG − hSR )
(G.12)
)
YQS(I) Z F / EF(I) × hG − hSQ + Z F / E F(I) × hG − hSQ × ( hG − hSR ) +
){ (
(
)
(
)
+ X G / EG − (1) × 1 + Z F / EF(1) × hSQ + Z F / E F(1) × hSQ × hSR / X B / EB(1)
(
(G.13)
)}
ηTS = YGS(0)/YGS(I)
(G.14)
ηQG = YQG(I)/YGS(I)
(G.15)
ηQS = YQS(I)/YGS(I)
(G.16)
NOTA Observar las posibilidades YQS(I) < 0 y ηQS < 0.
G.3.4.4 Presión interior máxima del fluido NOTA Este apartado se puede evitar. Los siguientes apartados contienen la misma información de un modo más general, pero no muestran claramente el efecto visible del límite superior.
Después del contacto con el espaciador, la fuerza de la junta en el montaje disminuye. De aquí se deriva un límite superior (valor máximo) de la presión del fluido que, en el mejor caso, se puede aplicar sin fugas. (Sin contacto con el espaciador, este límite superior no existe. Siempre adicional, la presión del fluido aplicable está limitada por la carga que implica la capacidad de todas las piezas de la unión embridada). La presión máxima del fluido Pmáx. para las uniones embridadas con asiento espaciador, depende de la carga de montaje en los pernos seleccionada FB(I) y se puede calcular del siguiente modo: Parámetro:
ζG =
4 m × bGe dGe
(G.17)
Fuerzas: FQ(I)máx. = mín. {FQ1; FQ2; FQ3} FQ1 = FB (0) ×
ηTN ηQN + ζ G
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(G.18)
(G.19)
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{
(
)
{
(
)
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}
η
TS FQ2 = FB(O*) + FB(O) − FB(O*) × (1 + η0S ) × (ηQN − ηQG ) / ηQS − η0S × ηQN + ζ G
}
FQ3 = FB(O*) − FB(O) − FB(O*) ×η0S ×
ηTS ηQN + ζ G
(G.20)
(G.21)
Presión: π 2 Pmáx. = FQ(1)máx. / × dGe 4
(G.22)
G.3.4.5 Fuerzas en las condiciones posteriores
La fuerza de la presión del fluido FQ(I*) para finalizar el contacto con el espaciador: FQ(I*) = FSR(0)/ηSR(I) Si
0 < FQ(I*) /FQ(I) < 1
(G.23) entonces
El contacto con el espaciador finaliza durante el cambio de carga de I = 0 a I > 0. Cuando finaliza el cambio de carga, las fuerzas son: FG(I) = FG(0) – FQ(I*) × ηQG – (FQ(I) – FQ(I*)) × ηQN
(G.24)
FSR(I) = 0
(G.25)
además (bien FQ(I*)/FQ(I) < 0 ó FQ(I*)/FQ(I) > 1) El contacto con el espaciador permanece hasta el final del cambio de carga en I > 0. Al final del cambio de carga, las fuerzas son: FG(I) = FG(0) × ηTS – FQ(I) × ηQG
(G.26)
FSR(I) = FSR(0) × ηTS – FQ(I) × ηQS
(G.27)
En todos los casos es válido: FB(I) = FQ(I) + FG(I) + FSR(I)
(G.28)
G.3.4.6 Condiciones para la estanquidad y el contacto en pernos y tuercas
FG(1) ≥ AGe × QI
(G.29)
FB(I) ≥ 0
(G.30)
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Si estas condiciones no se cumplen simultáneamente, los cálculos desde la ecuación (G.4) hasta aquí se tienen que repetir utilizando otro valor de FB(0) que puede ser más grande o más pequeño que el anterior. En algunos casos ningún valor de FB(0) es adecuado para que se cumplan todas las condiciones; entonces se debe cambiar el diseño. G.3.4.7 Verificaciones finales. Si se cumplen las condiciones (G.29) y (G.30), las verificaciones finales de los límites de carga se tienen que facilitar según el capítulo 6. Allí, en el apartado 6.4 en lugar de FG × hG (se ha de usar) [FG × hG + FSR × hSR].
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ANEXO H (Normativo) {A1►} UTILIZACIÓN DEL ANTIGUO FACTOR DE FLUENCIA gC
En la Norma EN 13555:2004 se introduce el factor de fluencia PQR. Este valor PQR se utiliza en la parte principal de esta norma en las ecuaciones (51) y (68). En la Norma EN 1591-1:2001 se utiliza el factor de fluencia gC. La relación entre PQR y gC es la siguiente: gCI =
PQRI 1+
EGI ⋅ 1 − PQRI KI ⋅ X G
(
(H.1)
)
con la rigidez KI de la junta de estanquidad de la brida circular atornillada: KI =
Z F × hG2
1 2 EFI + Z F × hG EFI + Z L × hL2 ELI + Z L × hL2 E LI + X B EBI
(H.2)
Si se utiliza todavía el factor de fluencia gC en vez de PQR en el cálculo, se requerirán varias modificaciones en algunas ecuaciones: La ecuación (46) debe reemplazarse por la ecuación (H.3): YGI = Z F × hG2 EFI + Z F × hG2 E FI + Z L × hL2 ELI + Z L × hL2 E LI + X B EBI + X G
( EGI × gCI )
(H.3)
gC = 1,0 para condiciones de montaje (I = 0), incluso si las características de la junta indican gC < 1,0 a temperatura ambiente (T ≈ 20 ºC). La ecuación (51) debe reemplazarse por la ecuación (H.4). FGΔ = máx.todo I≠0 {FGImín. × YGI + [FQI × YQI + (FRI × YRI – FR0 × YR0) + ΔUI]}/YG0
(H.4)
La ecuación (68) debe reemplazarse por la ecuación (H.5). FGI = {FG0d × YG0 – [FQI × YQI + (FRI × YRI – FR0 × YR0) + ΔUI]}/YGI
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(H.5) {◄A1}
EN 1591-1:2001+A1:2009
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ANEXO ZA (Informativo) {A1►} CAPÍTULOS DE ESTA NORMA EUROPEA RELACIONADOS CON LOS REQUISITOS ESENCIALES U OTRAS DISPOSICIONES DE LA DIRECTIVA 97/23/CE
Esta norma europea ha sido elaborada bajo un Mandato dirigido a CEN por la Comisión Europea y por la Asociación Europea de Libre Comercio, para proporcionar un medio de dar cumplimiento a los requisitos esenciales de la Directiva 97/23/CE. Una vez que esta norma se cite en el Diario Oficial de la Unión Europea bajo esta directiva, y se implemente como norma nacional en al menos un Estado Miembro, el cumplimiento de los capítulos de esta norma indicados en la tabla ZA.1, dentro de los límites del campo de aplicación de esta norma, es un medio para dar presunción de conformidad con los requisitos esenciales específicos de esta directiva y los reglamentos de la AELC asociados. Tabla ZA.1 − Correspondencia entre esta norma europea y la Directiva 97/23/CE Capítulo(s)/Apartado(s) de esta norma europea
Requisitos esenciales de la Directiva 97/23/CE
Anexo I
Notas/Comentarios
Diseño
Capítulo 2 Anexo I Apartado 2.1
A diseñarse para garantizar la seguridad a lo largo de la vida útil prevista − incorporar coeficientes de seguridad adecuados
Anexo I
A diseñarse para una resistencia adecuada
Apartado 2.2 Anexo I 4, 5, 6
A diseñarse para cargas adecuadas a su uso previsto
Apartado 2.2.1 Anexo I Apartado 2.2.2
A diseñarse para una resistencia adecuada por un método de cálculo
Anexo I
Requisitos a cumplir aplicando uno de los siguientes métodos
Apartado 2.2.3 (a)
− diseño mediante fórmula
Anexo I
Cálculos de diseño para establecer la resistencia del equipo, en particular
Apartado 2.2.3 (b)
− cantidad de combinaciones de presión y temperatura a tener en cuenta − tensiones máximas y tensiones pico dentro de los límites
ADVERTENCIA: Los productos incluidos en el campo de aplicación de esta norma pueden estar afectados por otros requisitos o directivas de la UE. {◄A1}
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EN 1591-1:2001+A1:2009
BIBLIOGRAFÍA
{A1►} EN 1591-2, Flanges and their joints. Design rules for gasketed circular flange connections. Part 2: Gasket parameters EN 13445-3:2002, Unfired pressure vessels. Part 3: Design {◄A1} {A1►} EN ISO 4014, Hexagon head bolts. Product grades A and B (ISO 4014:1999) {◄A1} {A1►} EN ISO 4016, Hexagon head bolts. Product grade C (ISO 4016:1999) {◄A1} {A1►} ISO 261 {◄A1}, ISO general purpose metric screw threads. General plan {A1►} ISO 724 {◄A1}, ISO general-purpose metric screw threads. Basic dimensions CR 13642:1999, Flanges and their joints. Design rules for gasketed circular Flange Connections. Background Information
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