Designacin y Tipo de Roscas de Tubera

A travs del tiempo muchos tipos de roscas han sido desarrollados. Entre las aplicacionesse incluyen componentes de fijacin, y circuitos hidrulicos y neumticos. En el siglo 19,los fabricantes que necesitaban uniones ideaban sus propios sistemas. Esto dio comoresultado problemas de compatibilidad. En 1841, el inventor e ingeniero mecnico SirJoseph Whitworth, ide un sistema uniforme de roscas para enfrentar estas dificultades.La forma de la rosca Whitworth se basa en una rosca con un ngulo de 55 grados concrestas y races redondas.

En 1864 en Norteamrica, William Sellers estableci el estndar para tuercas, pernos ytornillos que se convirti en la Rosca de Tubera Cnica Nacional (NPT por sus siglas eningls). Su ngulo de rosca de 60 grados, usada comnmente por los primeros fabricantesde relojes, permiti el inicio de la Revolucin Industrial Americana. Las formas de estasroscas luego se convirtieron en el American National Standard (Estndar NacionalAmericano).

La forma de la rosca Whitworth fue seleccionada para conectar roscas de tubera, ya que sehaca autosellable al cortar por lo menos uno de los hilos en un cono. Esto empez aconocerse como la Rosca Estndar para tubera Britnica (BSP por sus siglas en ingls Rosca BSP cnica o BSP Paralela). La rosca Whitworth es ahora utilizada internacionalmentecomo una rosca estndar para unir tuberas livianas de acero al carbn.

La conexin ms conocida y ampliamente utilizada donde la rosca de tubera proveetanto unin mecnica como sello hidrulico es la Rosca de Tubera Cnica NacionalAmericana, o NPT. La rosca NPT tiene una rosca cnica macho y hembra que sella concinta de Tefln o un compuesto para unir.

Las roscas de tubera usadas en los circuitos hidrulicos pueden ser divididas en dos tipos:

a) Roscas de unin Son roscas de tubera que mantienen la presin de las uniones por medio del sello de los hilos y son cnicas externas y paralelas o cnicas internas. El efecto de sellado es mejorado usando un compuesto para unir.

b) Roscas de ajuste Son roscas de tubera que no mantienen la presin de la uninpor medio de los hilos. Ambas roscas son paralelas y el sellado se afecta por lacompresin de un material suave en la rosca externa, o una empaquetadura plana.

Introduccin: Diferentes tipos de roscas han evolucionado para

sistemas hidrulicos y para uniones. Las de mayor inters son las roscas

para juntas cnica/paralela, plstico-a-metal en los circuitos hidrulicos.

A continuacin brindamos una discusin con las recomendaciones para

crear conciencia acerca de los diferentes tipos de roscas y la forma

como se utilizan.

2Tamaos

Los tamaos de las roscas se basan en el dimetro interno (ID) o en el tamao del flujo. Por ejemplo, 1/214 NPTdetermina una rosca de tubera con un dimetro interno nominal de 1/2 pulgada y 14 hilos en una pulgada, hecha deacuerdo al estndar de la norma NPT. Si las letras LH se aaden, la tubera tiene una rosca izquierda (Por sus siglas eningls). Las formas de roscas de tubera ms conocidas a nivel mundial son:

NPT American Standard Pipe Taper Thread

NPSC American Standard Straight Coupling Pipe Thread

NPTR American Standard Taper Railing Pipe Thread

NPSM American Standard Straight Mechanical Pipe Thread

NPSL American Standard Straight Locknut Pipe Thread

NPTF American Standard Pipe Thread Tapered (Dryseal)

BSPP British Standard Pipe Thread Parallel

BSPT British Standard Pipe Thread Tapered

Las formas de roscas moldeadas con plstico inyectado son fabricadas bajo los estndares ANSI B2.1. y SAE J476.

La palabra cnica en bastantes de los de los nombres arriba mencionados es la gran diferencia entre muchas roscasde tubera y aquellas utilizadas en tornillos y pernos. Muchas roscas de tubera no solo deben hacer un sello mecnicosino tambin un sello hidrulico a prueba de fugas. Esto es obtenido mediante la forma cnica de la rosca del machoque encaja con la forma de la rosca de la hembra y el uso de un sellante de tubera para llenar cualquier vaco que hayaquedado entre las dos roscas y que puede causar una fuga en espiral. Las terminales de las roscas no estn sobre uncilindro, pero si sobre un cono. El cono es de 116 de pulgada, que es lo mismo que 3/4 de pulgada en un pie.

Debido a la conicidad, una rosca de tubera puede solamente roscar en una conexin cierta distancia antes de que setrabe. El estndar especifica esa distancia como la longitud de ajuste con la mano, es decir, la rosca de tubera quepuede roscarse con la mano. Adems especifica otra distancia la rosca efectiva, que es la longitud de la rosca quehace sello en una rosca convencional de tubera maquinada. Para los operadores, en lugar de estas distancias, es msconveniente saber cuntas vueltas deben hacerse con la mano y cuntas con una llave. Una regla simple para instalarroscas de tubera cnicas, tanto metlicas como plsticas, es apretar a mano fuerte ms dos vueltas con una llave. Losvalores de torque de instalacin pueden ser determinados por aplicacin, pero debido a las variaciones en que seincurre en uniones de tubera tales como materiales diferentes de la rosca macho y hembra, tipo de sellantes utilizadosy variaciones internas en el grosor de pared del producto, una especificacin de torque estndar no puede sergeneralmente aplicado.

La siguiente tabla muestra las distancias y nmero de vueltas nombradas por el estndar. Una tolerancia de ms omenos una vuelta es admitida, y en la prctica las roscas son normalmente ms cortas de los que determina el estndar.Todas las medidas estn en pulgadas

American Standard Taper Pipe External Thread

Tamao Nominal OD Hilos por Longitud del Ajuste Longitud efectiva Pulgada (apretado a mano) de la Rosca

1/8 0.407 27 0.124 3.3 turns 0.260

1/4 0.546 18 0.172 3.1 turns 0.401

3/8 0.681 18 0.184 3.3 turns 0.408

1/2 0.850 14 0.248 3.4 turns 0.534

3/4 1.060 14 0.267 3.7 turns 0.546

1 1.327 11.5 0.313 3.6 turns 0.682

Roscas Cnicas/Paralelas

Sin importar los estndares creados para mantener launiformidad de las conexiones, las roscas cnicas soninexactas y durante el uso y reparacin de las mismaspueden daarse y ser susceptibles de fugas. El readonde la cresta y la raz se unen pueden formar uncamino de fuga en espiral, que no se puede eliminarsin importar la fuerza que se le aplique al apretar.

La presin de cierre de una unin es alcanzada por lacompresin de los hilos al apretarla. Este sello ycompresin ocurre en las primeras vueltas de la roscainterna. Mientras se aprieta, tanto el material de loshilos del macho como de la hembra, se deforman unoa otro. Esto asegura un contacto total de los hilos, loque minimiza las fugas en espiral. Las variaciones entrelas formas de las roscas de metal maquinadas y lasroscas moldeadas de plstico inyectado pueden ocurrirdebido la diferencia en los procesos de fabricacin.

Las roscas de tubera fueron originalmente diseadascomo formas de roscas maquinadas. Con el uso determoplsticos y la inyeccin de plstico en moldes enlos procesos de fabricacin de roscas plsticas, tanto lamerma (Residuos del molde) en los moldes como laprdida de plstico hacan difcil asegurar una uninlibre de fugas. Por ello, el uso de Tefln como unsellante es recomendado en todas las roscas plsticas.La forma ms comn de sellante es envolver cinta deTefln por 2 o 3 vueltas alrededor de la rosca machoantes de ensamblarla. Los sellantes a base de Teflnlquido tambin son utilizados exitosamente paraasegurar el sellado. Es muy importante ser cuidadosocuando se aplican sellantes para prevenir que elmaterial sellante ingrese en el fluido del sistema.

Las siguientes secciones muestran ejemplos de cmo lasdiferentes roscas son usadas y los inconvenientes que sepueden presentar al crear una conexin libre de fugas.

Cuando un macho cnico BSPT es roscado a unahembra recta (BSPP) el sello puede ser hechosolamente en la base de la hembra con 1 o 2 hilos. Verfigura 1. El sello se ve comprometido por la falta decontrol sobre la rosca en las especificaciones BSP. Lavariacin en races y crestas puede causar unaincompatibilidad en la rosca y crear una fuga enespiral. Un sellante para roscas es requerido en estacombinacin.

3

Rosca Hembra BSPT

Rosca Macho BSPT

Figura 2 Macho BSPT con Hembra BSPT

Rosca Hembra BSPP

Rosca Macho BSPT

Figura 1 Macho BSPT con Hembra BSPP

Si se usan macho y hembra cnicas BSPT existen msopciones de sellado, ya que est apareando la conicidaddel macho y de la hembra. Ver figura 2. Hay mayorposibilidad de sello ante una fuga en espiral ya que hayms hilos roscados. Aun hace falta control sobre loshilos, pero con el uso de un sellante, el alcance de unaunin a prueba de presin es ms fcil.

Un sinnmero de variaciones de la rosca NPT han sidointroducidas para solucionar el problema de fuga enespiral y son ahora conocidas como roscas de sello enseco (Dryseal en ingls) (Ver norma SAE J476). La msconocida es el NPTF (F para Combustible por su sigla eningls). Con este diseo de rosca, hay control sobre lascrestas y las races tanto del macho como de la hembraal asegurar el desplazamiento y deformacin de la crestaen la raz del hilo respectivo. El encajamiento entre lacresta de un hilo y la raz de otro, adems de los flancosque concuerdan, crea un sello en contra de la fuga enespiral.

La figura 3 muestra un macho NPTF apretado a manoen una hembra NPTF. Se puede ver que las crestas tantodel macho como de la hembra entran en contacto conla raz antes que los flancos de la rosca se encuentren.

La figura 4 muestra la rosca macho y hembra NPTFapretada aproximadamente una vuelta adicional alapriete a mano, y se puede ver que los flancos seencuentran y las crestas son desplazadas haca las races.Aunque estas roscas se consideran de sello en seco(Dryseal), agregar un lquido o cinta de Tefln esrecomendado en el proceso de ensamble. El Tefln actacomo un lubricante que previene el irritamiento delmaterial cuando se unen las dos roscas y adems llena losvacos que puedan causar fugas.

Una variacin de la rosca de sello en seco (Dryseal) es laNPSF (National Pipe Straight Fuel - Rosca Paralela deTubera Nacional para Combustibles). Es usada pararoscas internas y una rosca externa NPTF puede serroscada en una NPSF para proveer una buena conexinmecnica con un sello hidrulico. La combinacin deuna rosca paralela y una cnica no se conoce comoideal, pero es comnmente utilizada. Los acoplesrpidos de alta calidad tpicamente usan roscas NPT.

4

Hembra NPTF

Figura 3 NPTF Apretada a mano

Macho NPTF

Hembra NPTF

Figura 4 NPTF totalmente apretada (A mano ms 1 vuelta)

Macho NPTMaterialDesplazado

Otra rosca cnica es la Norma Britnica para tuberaCnica (British Standard Pipe taper), o BSP, cubiertapor el Estndar Britnico 21. La rosca BSP escomnmente usada para plomera de baja presin,pero no es recomendada para sistemas hidrulicos demedia y alta presin. Esta forma usa la roscaWhitworth con un ngulo de 55 y un cono de 1 en16. No es intercambiable con la rosca Americana NPT,aun cuando en las medidas de 1/2 y 3/4, ambasroscas tienen 14 hilos por pulgada.

Los problemas se presentan cuando roscamos unmacho NPT en una hembra paralela BSP. Lasmedidas de 1/16, 1/8, 1/4 y 3/8 tienen una pasodistinto que causa desalineacin el los hios. Losngulos de los flancos tambin son distintos entre laNPT y la BSP. La rosca NPT tiene 60 mientras la roscaBSP tiene 55.

La figura 5 muestra un macho NPT apretado a unahembra BSPP. Debido al menor tamao de la roscaBSPP y la diferencia de paso, la rosca NPT se trabacon pocas vueltas.

La figura 6 muestra una rosca NPT apretada a unaBSPT. Como la rosca BSPT es ms amplia, permitir alinicio que la rosca NPT entre ms, pero la diferenciade paso eventualmente cause un trabamiento de loshilos. La diferencia de ngulo y paso puede causaruna fuga en espiral.

Las medidas de 1/2 y 3/4 tienen 14 hilos porpulgada tanto en NPT como en BSP, y la NPTencajar a medias en la BSP.

Aunque estas roscas tienen el mismo paso y encajanbien, existen problemas con la forma de la rosca. Lasdiferencias de los ngulos de la rosca y las toleranciasde crestas y races permitirn una fuga en espiralcomo la que se muestra en la figura 7. Estas roscaspueden usarse efectivamente si se incorpora unsellante de roscas apropiado.

Muchos problemas ocurren cuando los acoplesrpidos plsticos, con sus correspondientes roscasmoldeadas inyectadas, son conectadas a sistemashidrulicos de tubera metlica. Derrames y fallas enla forma de la rosca plstica pueden ocurrir si no setoman precauciones. Cuando se investiga una fallaen la unin metal-plstico, necesitamos considerardos factores: ataque qumico y el exceso de torque.

5

Hembra BSPP

Figura 5 Macho NPT en una Hembra BSPP con paso diferente

Macho NPT

Hembra BSPT

Figura 6 Macho NPT en una Hembra BSPT con paso diferente

Macho NPT

Hilostrabados

El ataque qumico puede ocurrir cuando se utiliza elsellante de roscas inapropiado. El uso de sellantes es unintento para bloquear el camino de fuga en espiral queocurre cuando las crestas y las races de la rosca noencajan. Los sellantes de roscas anaerbicos debenevitarse cuando del sellado de roscas plsticas se trata.Estos sellantes contienen qumicos que atacan losplsticos. El uso de una sellante a base de Tefln es unamejor opcin para este tipo de roscas plsticas.

El exceso de torque de cualquier rosca plstica puedetener efectos adversos sobre la funcin de la unin. Lamayor diferencia entre plsticos y metales es elcomportamiento de los polmeros. Las partes plsticasinyectadas continan deformndose bajo una cargaconstante, por ejemplo, el arrastramiento. Elarrastramiento es la continua extensin o deformacinde una parte plstica bajo una carga continua.Normalmente, el material plstico de una roscainyectada se arrastrar debido al exceso de torque en elpuerto cnico hembra. La deformacin interna de laparte macho, puede llevar a un dao de la misma.

Formas de Roscas Estndar que Colder

6

Hembra BSPT

Figura 7 Macho NPT en una Hembra BSPT del mismo paso

Espacios que causanFuga en Espiral

Macho NPT

Formas de Roscas Estndar que Colder Products Company produce

NPT (National Pipe Taper) BSPT (British Standard Pipe Taper)Medidas: Medidas:

1/16 27NPT

1/8 27NPT 1/8 28BSPT

1/4 18NPT 1/4 19BSPT

3/8 18NPT 3/8 19BSPT

1/2 14NPT 1/2 14BSPT

3/4 14NPT 3/4 14BSPT

1 11-1/2 NPT

Virtualmente cualquier configuracin de rosca puede incorporarse en un acople CPC en una base personalizada.Algunos ejemplos de aplicaciones personalizadas son NPSM (National Pipe Straight Mechanical), BSPP (British StandardPipe Parallel), Conexiones SAE acampanadas (Flare), y una variedad de roscas ISO (Mtricas) y americanas unificadas.

Con ms de 20 aos de experiencia en el diseo y fabricacin de acoples rpidos moldeados con plstico inyectado, ColderProducts Company conoce acerca de la merma y prdida de las partes plsticas moldeadas y sabe cmo afectan lahabilidad de sellado de las roscas de tubera. Nuestra rosca NPT ha sido diseada para adicionar mayor control a la roscaplstica y as asegurar un sello a prueba de fugas.

Pipe Sizes, Straight/Parallel ThreadSAE/MS Straight Thread ISO Parallel Thread

5/16-24 1/8

Gl7/16-201/4

9/16-18

3/8

3/4-16

1/2

1 1/16-12

3/4

\""""'-

1 5/16-12 (/la:

L..J-

American Standard Unified Thread (Straight) ISO 228/1

60 thread angle Truncation of root and crest are flat

55 thread angle Truncation of root and crest are round

Pipe Sizes, Tapered Thread

1/16

1/8

.,14.3/8

1/2

3/4

American Standard Pipe Thread (NPl)

Taper angle 1 47' 60 thread angle

Truncation of root and crest are flat

NPT Thread

\ -""-i

t---.J

\ ,-J\

J\

r-

J

ISO Tapered Thread

1/8

1 1/4 11 1/4113/8

1 1/21/2

3/4

2

ISO 7/1

Taper angle 1 47' 55 thread angle Truncation of root and crest are round