Sí, las cañerías de 4 pulgadas pueden utilizar bridas, siempre que la conexión bridada sea adecuada para la presión, la temperatura, el fluido, el material y la norma aplicable del sistema.
Una brida y un flange son exactamente lo mismo: el primero es el término en español, mientras que el segundo es el término inglés adoptado por la industria. En Chile, los ingenieros usan ambos indistintamente, aunque en especificaciones técnicas y planos P&ID el término flange es más frecuente.
Una brida es un elemento estandarizado, redondo o cuadrado, parecido a un aro, que se utiliza para conectar tuberías, válvulas o equipos mediante pernos y una empaquetadura. Este tipo de conexión permite montar y mantener fácilmente los sistemas de piping.
Una brida se utiliza para conectar dos secciones de tubería, una tubería y una válvula, o una tubería y un recipiente, de manera que la unión pueda desmontarse y volver a ensamblarse. Específicamente, una brida es un punto de conexión apernado que incorpora una empaquetadura.
El diseño de la unión bridada es simple pero preciso: dos bridas enfrentadas, una empaquetadura intermedia que asegura el sellado, y pernos que comprimen el conjunto. La estanqueidad depende de la presión de contacto entre la empaquetadura y las caras de las bridas, por eso la selección de la empaquetadura correcta es tan importante como la brida misma.
¿Por qué una cañería de 4 pulgadas puede usar bridas?
El diámetro de 4 pulgadas no impide utilizar una conexión bridada. Las bridas se fabrican para múltiples diámetros nominales, y ASME B16.5 cubre bridas desde NPS ½ pulgada hasta 24 pulgadas. Por lo tanto, una línea de 4 pulgadas se encuentra dentro del rango habitual de esta norma.
Las bridas permiten unir una cañería de 4 pulgadas con válvulas, bombas, filtros, equipos, recipientes, accesorios y otros tramos de tubería que tengan el mismo diámetro nominal, la misma clase de presión y un patrón de perforaciones compatible.
Una conexión bridada permite desmontar un tramo completo, reemplazar una válvula o limpiar un filtro sin tener que cortar la tubería, con dos llaves y sin generar calor en zonas donde puede haber fluidos inflamables o presión residual.
Por eso las bridas son prácticamente obligatorias en ciertos puntos de cualquier sistema bien diseñado: conexión de equipos rotativos como bombas y compresores, entrada y salida de válvulas de control, puntos de acceso para inspección, y cualquier componente que requiera mantenimiento periódico.
Una línea bridada permite desmontar un tramo completo, reemplazar una válvula o limpiar un filtro en minutos, mientras que en una línea de proceso soldada de extremo a extremo cualquier intervención requiere cortar la tubería, lo que implica tiempo, costo y soldadores calificados.
Qué debe coincidir en una conexión de 4 pulgadas
Para seleccionar una brida para una cañería de 4 pulgadas no basta con conocer el diámetro nominal. La brida correcta es la que coincide con el servicio completo de la instalación.
- Diámetro nominal y Schedule de la tubería. La brida debe ser compatible con el diámetro exterior del tubo y el Schedule, especialmente en Socket Weld y Slip-On donde el ajuste entre tubo y brida es mecánico.
- Presión y temperatura de operación. Estos parámetros determinan la clase ANSI y el material mínimo requerido. Una brida subdimensionada en presión es un punto de falla seguro.
- Tipo de fluido. Agua limpia, ácidos, hidrocarburos y vapor tienen requerimientos distintos de compatibilidad química.
- Material de la brida y de la empaquetadura. El fluido define la compatibilidad química y la resistencia necesaria.
- Frecuencia de desmontaje. Si la línea se va a abrir periódicamente para mantenimiento, la selección de empaquetadura y el tipo de brida deben estar diseñados para repetidos ciclos de apertura y cierre sin perder estanqueidad.
- Norma aplicable. En proyectos con clientes mineros o plantas con estándares corporativos, la norma suele estar definida en las especificaciones del proyecto.
- Componente de acoplamiento. La brida debe coincidir con la válvula, el accesorio, el equipo o la otra brida de la unión.
Tipos de bridas que pueden utilizarse en una cañería de 4 pulgadas
Los tipos más comunes incluyen bridas deslizantes (SO), con cuello soldado (WN), ciegas, soldadas por encaje (SW), roscadas y con junta traslapada. Cada una cumple con un requisito específico de presión y temperatura.
Brida con cuello soldado - Weld Neck o WN
Las bridas Weld Neck se reconocen fácilmente por el cubo cónico donde la tubería se suelda a la brida.
Una brida con cuello para soldar se conecta a una tubería mediante una única soldadura a tope en forma de V de penetración total.
La tubería se suelda a tope al cuello de la brida, generando una transición gradual que distribuye los esfuerzos mecánicos sin concentraciones.
El cuello transfiere los esfuerzos desde la brida hacia la tubería y reduce la concentración de esfuerzos en la base del cubo. El diámetro interior de la brida está diseñado para coincidir con el diámetro interior de la tubería.
Es la opción estándar en líneas críticas: alta presión, alta temperatura, fluidos tóxicos o inflamables, y cualquier servicio donde una falla tiene consecuencias graves.
Las bridas Weld Neck son superiores para entornos de alta presión y temperatura extrema. Se utilizan generalmente en petróleo y gas, refinerías y recipientes a presión.
Su desventaja es el costo y la complejidad de instalación, porque requiere una soldadura a tope calificada y mayor tiempo de montaje.
Brida deslizante - Slip-On o SO
Como indica su nombre, estas bridas se deslizan sobre la tubería.
Se fabrican con un diámetro interior ligeramente mayor que el diámetro exterior de la tubería.
La tubería se introduce dentro de la brida y se suelda por ambos lados, mediante un cordón exterior y uno interior.
La brida Slip-On es más fácil de alinear que la Weld Neck y más económica, lo que la hace muy popular en instalaciones de presión moderada.
Las uniones bridadas realizadas con bridas deslizantes son, a la larga, un poco más frágiles que las conexiones realizadas con bridas con cuello soldado en condiciones de servicio similares.
Su limitación es que la doble soldadura crea una zona de concentración de esfuerzos en la garganta interna, lo que la hace menos adecuada para ciclos frecuentes de presión y temperatura.
En sistemas de agua industrial, alimentación de equipos y líneas de proceso estables, la Slip-On puede ser una opción adecuada.
Brida Socket Weld o SW
La brida Socket Weld es similar a la Slip-On, pero la tubería se introduce dentro de un alojamiento interno de la brida y se fija mediante una soldadura de filete en el cubo, en la parte posterior de la brida.
Está diseñada para diámetros pequeños, generalmente hasta 2 pulgadas, donde la precisión de alineación es más crítica.
Ofrece mayor resistencia que la Slip-On en esos diámetros y se usa frecuentemente en sistemas hidráulicos y líneas de instrumentación.
En una cañería de 4 pulgadas, la conveniencia de una Socket Weld debe verificarse cuidadosamente con la norma, el Schedule, la presión de diseño y la especificación del proyecto.
Brida roscada
La brida roscada es similar a una brida Slip-On, excepto que el taladro de la brida roscada posee roscas cónicas.
La tubería se conecta mediante una rosca NPT directamente a la brida. Su principal ventaja es que puede instalarse sin soldadura.
Puede utilizarse en zonas donde no se permite generar calor, en atmósferas potencialmente explosivas, en áreas con revestimientos que no toleran calor o en instalaciones temporales.
Su principal desventaja es la susceptibilidad a fugas en sistemas con altas vibraciones, ciclos térmicos o altas presiones.
En sistemas industriales permanentes de alta presión, no es la primera opción. Las bridas roscadas se utilizan normalmente en servicios de baja presión, baja temperatura y sin ciclos importantes.
Brida ciega - Blind Flange
Las bridas ciegas se utilizan para sellar el extremo de sistemas de tuberías o las aberturas de recipientes a presión.
No tienen perforación central y su función es cerrar un extremo de la línea.
Se utilizan para terminar sistemas, aislar ramales que no están en uso, bloquear una línea durante pruebas hidráulicas o permitir el acceso a la tubería cuando es necesario realizar trabajos dentro de la línea.
También se emplean para probar el flujo de gas o líquido a través de una tubería o recipiente.
Brida con junta traslapada - Lap Joint
Las bridas Lap Joint se deslizan directamente sobre la tubería y se utilizan normalmente con accesorios Stub End.
La tubería se suelda al Stub End, mientras que la brida Lap Joint queda libre para girar alrededor de este accesorio.
La ventaja es que no existen problemas para alinear los orificios de los pernos entre las dos bridas de acoplamiento.
Las bridas de anillo giratorio facilitan la alineación de los orificios de los pernos entre las dos bridas de acoplamiento, una característica útil en muchas circunstancias, como la instalación de tuberías de gran diámetro, tuberías submarinas y marinas, trabajos de tuberías en aguas poco profundas y entornos similares.
Los principales estándares para bridas de anillo giratorio son ASME/ANSI, DIN, BS, EN e ISO.
Weldoflange, Nipoflange y otros diseños especiales
Una Weldoflange es conceptualmente similar a una Nipoflange, ya que es una combinación de una brida con cuello soldado y una conexión de derivación, una Weldolet en este caso.
Otros tipos de bridas Olets menos comunes son las llamadas Elboflange, una combinación de una brida y un Elbolet, y Latroflange, una combinación de una brida y un Latrolet.
Tipos de cara de la brida
El tipo de cara describe la geometría de la superficie de sellado y determina la empaquetadura que debe utilizarse.
Face Raised o cara realzada - RF
La cara elevada es la más común para bridas de acero.
La cara realzada sobresale del círculo de pernos y concentra la presión sobre un área de empaquetadura más pequeña, lo que permite obtener un sellado más hermético.
En las bridas Raised Face, la cara sobresale por encima del círculo de pernos. La altura estándar es de 1/16 de pulgada para bridas menores de 400# y de 1/4 de pulgada para bridas de 400# o superiores.
La cara realzada concentra la carga de los pernos sobre la empaquetadura.
Flat Face o cara plana - FF
Las bridas de cara plana tienen una superficie lisa y plana, sin un área elevada.
Permiten utilizar una empaquetadura de cara completa y facilitan su instalación.
No se debe apernar una brida de cara realzada a un componente de cara plana si este es frágil, como hierro fundido o fibra de vidrio, porque podría agrietarse el componente de cara plana.
Ring Type Joint - RTJ
La cara RTJ utiliza un sello metal-metal mediante un anillo de hierro dulce, acero dulce o una aleación instalado en una ranura mecanizada.
Es una solución habitual para servicios de alta presión y alta temperatura, especialmente en clases ASME B16.5 de 600# o superiores, y es requerida por API 6A.
Tongue and Groove y Male and Female
Tongue and Groove, o TG, y Male and Female, o MF, son diseños especiales en los que la geometría mantiene la empaquetadura dentro de la unión.
Clases de presión para una cañería de 4 pulgadas
Las bridas se clasifican por clase de presión de acuerdo con ANSI/ASME B16.5. Las clases más comunes son 150, 300, 600 y 900, aunque también existen 1500 y 2500.
Las clases ASME son 150#, 300#, 600#, 900#, 1500# y 2500#.
Estas designaciones se conocen como clases en libras, pero no son presiones literales expresadas en psi. Una brida de 600 libras no corresponde necesariamente a una presión de 600 psi.
Las clases indican presiones nominales que dependen del material y de la temperatura de operación.
La presión admisible disminuye a medida que aumenta la temperatura. La relación presión-temperatura está gobernada por las tablas P-T de ASME B16.5 para tamaños de 1/2 pulgada a 24 pulgadas, y por ASME B16.47 para tamaños de 26 a 60 pulgadas.
Por ejemplo, una brida Clase 150 tiene una presión nominal de aproximadamente 264 psig a 185 grados F.
Una brida Clase 300 de acero al carbono maneja 740 psig a 100 °F y 550 psig a 600 °F.
| Norma o sistema | Clases o presiones indicadas | Aplicación principal |
|---|---|---|
| ASME B16.5 | 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500# y 2500# | Bridas desde NPS ½ pulgada hasta 24 pulgadas |
| ASME B16.47 | Bridas de 26 a 60 pulgadas | Diámetros grandes |
| API 6A | 2.000, 3.000, 5.000, 10.000, 15.000 y 20.000 psi | Cabezales de pozo y árboles de Navidad |
| AWWA C207 | Clase B, Clase D, Clase E y Clase F | Obras hidráulicas y redes de agua |
Las clases de presión API 6A son presiones de trabajo literales para equipos de cabezal de pozo y árboles de Navidad.
Las bridas API 6A tienen un aspecto similar al de las bridas B16.5, pero utilizan círculos de pernos diferentes, tolerancias de diámetro interior diferentes y caras RTJ obligatorias.
La norma AWWA C207 cubre bridas de acero para obras hidráulicas. La Clase B es la más común en distribución, mientras que la Clase D se utiliza en transmisión y estaciones de bombeo.
La Clase B de acuerdo con AWWA C207 está clasificada para 86 psi de presión de trabajo en frío en tamaños de 4 a 24 pulgadas, y para 75 psi en tamaños de 26 a 144 pulgadas.
Las clases AWWA tienen círculos de pernos diferentes de los de ASME B16.5 para el mismo diámetro nominal.
La regla fundamental es que la clase de presión debe coincidir exactamente con la clase del sistema, o la transición debe ser diseñada específicamente.
No se puede apernar una brida de 150# a una brida de 300# y esperar una unión sellada a cualquier presión.
Compatibilidad entre bridas de distintos materiales
Las bridas de distintos materiales pueden tener dimensiones de perforación compatibles, pero sus presiones de trabajo pueden ser completamente diferentes.
Conectar una brida de PVC a una línea diseñada para Clase 300 en acero puede provocar una falla catastrófica si la presión de operación supera lo que el PVC puede soportar en esas condiciones.
Si se especifica un sistema mixto, con tramos termoplásticos conectados a equipos de acero, es importante revisar las presiones de trabajo de cada componente.
Las bridas de PVC y CPVC Schedule 80 son una alternativa estándar en plantas de tratamiento de aguas, sistemas de lixiviación en minería y procesos químicos donde el ácido sulfúrico, el cloro u otros agentes pueden atacar el acero.
Las bridas de PVC SCH 80 se utilizan en sistemas con fluidos a temperatura ambiente y presión moderada.
Las bridas de CPVC SCH 80 extienden ese rango hasta los 93 °C y ofrecen mejor resistencia frente a una mayor variedad de productos químicos, incluidos ácidos concentrados que degradarían el PVC estándar.
Materiales utilizados en bridas
La mayoría de las bridas industriales son de acero al carbono forjado, como ASME SA-105, o de acero inoxidable forjado, como ASME SA-182 en grados F304/L y F316/L.
También existen bridas fabricadas en A350 LF2 para servicio criogénico o de baja temperatura, F11, F22 y F91 de acero cromo-molibdeno para alta temperatura, aleación 625, aleación 825 y Hastelloy para servicios corrosivos, y acero inoxidable dúplex 2205 y 2507 para aplicaciones de alta resistencia y resistencia a la corrosión.
Las bridas de hierro fundido y hierro dúctil aparecen principalmente en obras hidráulicas y servicios utilitarios de baja presión.
Las bridas pueden fabricarse en acero al carbono, acero inoxidable, aleaciones, níquel, dúplex, hierro fundido y hierro dúctil, según las condiciones de servicio.
El precio de las bridas de acero inoxidable, por ejemplo ASTM A182 F304/316L, normalmente oscila entre 3,50 y 7 dólares por kg, dependiendo del mercado mundial de níquel y molibdeno.
Los precios son solo de referencia.
Selección de la empaquetadura
La selección de la empaquetadura depende del tipo de cara, la clase de presión, la temperatura y el fluido.
- Cara realzada: empaquetadura espiralada de acuerdo con ASME B16.20.
- Cara RTJ: anillo de junta de acuerdo también con ASME B16.20.
- Cara plana: empaquetadura blanda cortada o de cara completa.
Los pernos comprimen la empaquetadura, y la empaquetadura deformada rellena las marcas de mecanizado y pequeñas imperfecciones de la superficie para bloquear las rutas de fuga.
Una unión bridada correctamente diseñada distribuye las cargas mecánicas cíclicas, como pulsaciones de bombas, vibraciones de compresores y ciclos térmicos, mediante el círculo de pernos y la empaquetadura sin producir fugas.
Instalación y apriete de los pernos
La secuencia de apriete es importante en cualquier unión bridada, incluida una conexión de 4 pulgadas.
Los pernos deben apretarse siguiendo un patrón cruzado, también llamado patrón de estrella, y en varias pasadas.
- Primero, todos los pernos se llevan aproximadamente al 30 % del torque final.
- Después, se elevan aproximadamente al 60 % del torque final.
- Finalmente, se alcanza el 100 % del torque final.
Esta secuencia distribuye uniformemente la compresión de la empaquetadura.
Apretar un lado del círculo de pernos completamente antes de comenzar con el lado opuesto puede deformar la unión y provocar fugas.
Si aparece una fuga en una unión recién instalada, conviene revisar primero el procedimiento de torque antes de atribuir el problema a la empaquetadura.
Normas aplicables
Las bridas están reguladas por un conjunto de normas que depende del servicio.
- ASME B16.5: cubre las bridas ANSI más comunes desde 1/2 pulgada hasta 24 pulgadas.
- ASME B16.47: cubre tamaños grandes.
- API 6A: cubre bridas de cabezales de pozo y árboles de Navidad en el sector upstream de petróleo y gas.
- AWWA C207: cubre bridas de acero para obras hidráulicas.
- ASTM D4024: define dimensiones y presiones de trabajo para bridas plásticas en sistemas industriales de tuberías.
- ASME B31.3: gobierna las tuberías de proceso en instalaciones químicas y petroquímicas.
La norma ASME B16.5 cubre la mayoría de las aplicaciones de tuberías, pero las boquillas de recipientes a presión, las cabezas de intercambiadores de calor y los cierres especiales pueden requerir bridas diseñadas a medida.
Una brida diseñada correctamente de acuerdo con el Apéndice 2 puede superar las especificaciones de una brida B16.5 estándar del mismo tamaño nominal, aunque su fabricación cuesta más y requiere más tiempo.
Debe utilizarse una brida B16.5 cuando cumpla con las condiciones del servicio.
Durante los últimos veinticinco años, ANSI transfirió la administración de los estándares de bridas a ASME. Por esta razón, ANSI B16.5 se denomina actualmente ASME B16.5.
Las bridas son productos sometidos a numerosas normas porque deben ser intercambiables entre fabricantes, distribuidores y contratistas.
Marcado y documentación
Las marcas de fabricación de toda brida legítima deben incluir el número de colada, el tamaño, la clase, el grado del material, el fabricante y la referencia de la norma.
Si la brida llega sin marcado, debe considerarse una señal de alerta y no simplemente un descuento.
Los códigos de construcción y determinadas especificaciones pueden exigir certificados de materiales. ASME B31.3 para tuberías de proceso, API 6A para cabezales de pozo y muchos proyectos de infraestructura financiados por el gobierno requieren MTR.
Aplicaciones de las bridas
Las bridas se utilizan en petróleo y gas, tuberías de transporte, refinerías, plantas químicas, plantas petroquímicas, generación eléctrica, sistemas de agua y aguas residuales, industrias de alimentos y bebidas, industria farmacéutica, celulosa y papel, minería, metalurgia y manufactura general.
En generación eléctrica se utilizan en tuberías de vapor, calderas, condensado y agua de alimentación.
En agua y aguas residuales se utilizan bridas de acero AWWA C207, además de interfaces para tuberías de hierro dúctil.
En industrias de alimentos y productos farmacéuticos se utilizan con frecuencia bridas de acero inoxidable F304L y F316L para servicio sanitario.
En procesos corrosivos se emplean bridas de acero inoxidable, aleaciones de níquel y acero dúplex.
Las bridas de reducción, las bridas de transición y los reductores con cara bridada permiten conectar diámetros o materiales diferentes, como una tubería de acero al carbono con una válvula de acero inoxidable o una tubería de seis pulgadas con un accesorio de cuatro pulgadas.
👷🏾♂️¿Cómo se acoplan bridas? 👨🏽🔧🛠️
Diferencia entre una brida y un accesorio
Una brida es una conexión mecánica externa que permite apernar tuberías y equipos con una empaquetadura.
Un accesorio es un término genérico para cualquier componente de tubería, como un codo, una tee, un reductor o un tapón, utilizado para cambiar la dirección, crear una derivación o cerrar una línea.
Existen codos, tees, reductores y tapas con extremos bridados para cada tamaño y clase estándar.
¿Cómo determinar la brida adecuada para una cañería de 4 pulgadas?
La brida adecuada para una cañería de 4 pulgadas depende de la resistencia requerida para la unión bridada.
En primer lugar, deben verificarse el diámetro nominal y el Schedule de la tubería.
Después deben definirse la presión y la temperatura de diseño, porque una brida Clase 150, Clase 300 o Clase 600 no tiene la misma capacidad en todas las temperaturas ni con todos los materiales.
También debe identificarse el tipo de fluido, la frecuencia de desmontaje, el material compatible, el tipo de cara, la empaquetadura, el patrón de pernos y la norma del proyecto.
Las bridas con cuello soldado son preferibles para alta presión, temperatura extrema, vibraciones, ciclos térmicos y servicios críticos.
Las bridas Slip-On pueden ser apropiadas para presión moderada, agua industrial y líneas de proceso estables.
Las bridas roscadas pueden ser útiles cuando no se permite soldar, siempre que la presión, la temperatura y las vibraciones sean bajas.
Las bridas ciegas son adecuadas para cerrar extremos, aislar ramales y permitir pruebas o mantenimiento.
Las bridas Socket Weld deben comprobarse especialmente en una línea de 4 pulgadas, ya que están destinadas principalmente a diámetros pequeños, generalmente hasta 2 pulgadas.
En una conexión de 4 pulgadas también se debe confirmar que la brida coincida con el componente de acoplamiento. Un diámetro nominal compatible no garantiza por sí solo que coincidan la clase de presión, el círculo de pernos, el tipo de cara, el diámetro interior o el material.
La brida correcta para cualquier proyecto es la que coincide con el medio del servicio, la presión y temperatura de operación, el código de construcción, el componente de acoplamiento y los requisitos de documentación.