Selección y Cálculo de Empacaduras

La mayoría de los materiales mecánicos están especificados en el Piping Class, y es referencia obligada y mandatario para otros componentes o elementos de una Instalación Petrolera y Petroquimica. En el caso de componentes, como, válvulas de control, válvulas de alivio (PSV), entre otros, se debe usar el piping class para especificar sus características, tales como, material del cuerpo, material del trim, rating de las bridas, y otras.

En el caso de las empacaduras (gasket), cada unas de las clases tienen especificados el tipo de empacadura que se debe usar, y establecen los límites de presión y temperatura en que se pueden y deben ser usadas.

Una empacadura es el elemento sellante de un conjunto bridado. Un conjunto bridado esta formado, al menos por, dos bridas, una empacadura y los esparragos o pernos. También puede incluir un ciego figura una placa orificio, un drip ring. La función de los esparragos es la de mantener apretadas las dos bridas en el conjunto.

Para describir una empacadura se requiere especificar lo siguiente:

1. Tipo de empacadura: Puede ser No metálica, espirometalica, enchaquetada, .....

Tomado del Manual de Criterios de Diseño de Flexitallic.


2. Material de la empacadura. Teflon, grafito, 304, .......
En el caso de las empacaduras No-metálicas, tales como las Garlock serie 3000 (www.garlock.com), el material de la misma puede ser Nitrilo (300), SBR (3200/3400), Neopreno (3300), EPDM (3700).




Cada una de ellas esta limitada a ciertos fluidos y condiciones de temperatura y presión.



3. Rating, La misma de las bridas.150#, 300#,...

4. Norma de fabricación o dimensionamiento, que igualmente corresponde a las bridas. ANSI B16.5 ...

5. Diámetro. Es el mismo de las bridas y de la tubería.2", 6", 10",...

6. Espesor de la empacadura. 1/8", ....

7. Tipo de Cara de la Brida, en donde va a estar instalada.

Tomado del Manual de Criterios de Diseño de Flexitallic.

Todas estas características están especificadas en el piping class, y es de uso obligado en cualquier componente o elemento de una Instalación Petrolera o Petroquimica, a menos que exista una especificación con un requerimiento superior.

Una empacadura puede ser de tipo plana, no metálica, espirometalica (spiral wound) o enchaquetada. Cada una de las nombradas anteriormente pueden tener resistencias similares a la presión y temperatura, pero su diseño particular les da una resistencia adicional que las hacen de dimensiones diferentes.

Lo anteriormente significa que una empacadura plana, no metálica es mas ancha que una espirometalica y a su vez una enchaquetada es menos ancha que una espirometalica.

Esto es muy útil para grades diámetros de la brida, y presiones altas, como es el caso de las bridas en equipos, en donde comúnmente se usan empacaduras enchaquetadas, las cuales ademas de resistir grandes presiones y temperatura, el ancho requerido de las bridas es mas pequeño, y por ende, el asiento de la empacadura en las bridas también lo es, reduciendo significativamente los costos de fabricación del recipiente y aumentando la seguridad en el proceso.

Es extremadamente importante considerar, que se puede sustituir una empacadura espirometalica por una enchaquetada, o una plana no metálica por una espirometalica, pero no se debe hacer estas sustituciones en sentido inverso.  Esto es porque una empacadura enchaquetada es menos ancha porque necesita menor superficie de contacto con la brida, y  es posible que la brida diseñada para la empacadura enchaquetada, sea menos ancha que la requerida para una espirometalica, o una empacadura no metálica. Tambien hay que considerar que las empacaduras estan fabricadas para un tipo de asiento (Cara) en la brida, ya sea cara plana (FF), cara realzada (RF), RTJ, macho hembra y otras.

Para describir correctamente una empacadura, se debe conocer su diseño particular, dependiendo del tipo de empacadura.

Por ejemplo,

1. Una empacadura no metálica puede ser:

- Full Face (FF) o cara completa. Esto significa que la empacadura abarca los agujeros de la brida por donde pasan los esparragos.
- Raise Face (RF). Es cuando la empacadura coincide con el tamaño interno del raise face de la brida y el diámetro externo llega hasta los esparragos.




2. Materiales:
- Si es una empacadura no metálica, el material es uniforme en toda la empacadura. Ver www.garlock.com.

- Si es una empacadura espirometalica, se debe especificar el material del anillo interno, el material de relleno (grafito, teflon ...), el material del enrollado (spiral) y el material del anillo externo ( si no se indica es acero al carbono). Ver www.flexitallic.com.

- Si es una empacadura enchaquetada, se debe especificar la chaqueta metálica y el relleno.

3. Rating. Corresponde al rating de la Brida en donde va a ser instalada.

4. Espesor.

5. Dimensiones.
Se debe especificar el diámetro de la brida y la norma de dimensionamiento.

El método de calculo del ancho de una empacadura, para la presión y temperatura requerida por el proceso, esta descrito en las normas de fabricación de las bridas y esta muy bien explicado en los manuales de los fabricantes de empacaduras, tales como Flexitallic (http://www.flexitallic.com/), Garlock (http://www.garlock.com/es/) entre muchos.

 Tomado del Manual de Criterios de Diseño del Fabricante Flexitallic, tenemos lo siguiente:

Cada tipo de empacadura por su diseño, tiene una costante partícular de "Y" y "M", como lo indica la siguiente tabla.

 

 El significado de las constantes "m" y "Y", para cada tipo de empacadura es como sigue:

Y por último, la formula para el calculo del ancho de asiento de la empacadura en la brida, tomando en cuenta la configuración del conjunto bridado es como sigue: