Tipos y denominaciones de roscas de tubería

Publicado con el permiso de la empresa Colder Productos Company

Descripción general

Se han desarrollado diferentes tipos de roscas para la fijación y los sistemas hidráulicos. Una inquietud especial son las juntas roscadas de plástico a metal, cónicas/paralelas en circuitos hidráulicos. Tratamos este tema y ofrecemos recomendaciones para crear conciencia de los diferentes tipos de roscas y cómo se utilizan.

Evolución

En el siglo XIX, se necesitaron muchos tipos de roscas para circuitos hidráulicos y neumáticos, así como componentes de sujeción. Como resultado, los fabricantes empezaron a elaborar sus propios sistemas de sujeción. El resultado fueron problemas de compatibilidad. El ingeniero mecánico e inventor inglés, Sir Joseph Whitworth, creó un sistema de roscas uniforme en 1841 para dar solución al problema de la incompatibilidad. La forma de rosca Whitworth se basa en un ángulo roscado de 55 grados con raíces y crestas redondeadas.

En Estados Unidos, William estableció el estándar para tuercas, pernos y tornillos que se convirtió en el Rosca de Tubería Cónica Nacional (NPT) en 1864. Su ángulo de rosca de 60 grados, comúnmente utilizada por los relojeros estadounidenses, hico posible la Revolución Industrial en EE.UU. Posteriormente, estas formas de rosca se convirtieron en el Estándar Nacional Estadounidense.

Se seleccionó la forma de rosca Whitworth como rosca conectora para tuberías, que se fabricó para que fuera autosellante cortando como mínimo una de las roscas en un taladro cónico. Esta acabó conociéndose como la Rosca cónica de tubería estándar británica (rosca BSP cónica o BSP paralela). La rosca Whitworth se utiliza actualmente a nivel internacional como rosca estándar para unir tuberías de acero con poco carbono.

La conexión más conocida y más ampliamente utilizada en que la rosca de tubería ofrece tanto una unión mecánica como una junta hermética mecánica es la Rosca de Tubería Cónica Nacional Estadounidense, o NPT. La NPT tiene una rosca macho cónica y una rosca hembra que se sella con la cinta de PTFE o compuestos para juntas.

Las roscas de tubería utilizadas en los circuitos hidráulicos pueden dividirse en dos tipos:

• a) Roscas de unión – son roscas de tubería para juntas que se hacen estancas a presión mediante el sellado de las roscas y son roscas externas cónicas y paralelas o internas cónicas. El efecto de sellado mejora utilizando un compuesto para juntas.
• B) Roscas de sujeción – son roscas de tubería en las que las juntas estancas a presión no se crean en las roscas. Ambas roscas son paralelas y el sellado se produce por compresión de un material blando sobre la rosca externa o una junta plana.

Tamaños

Los tamaños de las roscas de tubería se basan en el diámetro interior (DI) o tamaño del caudal. Por ejemplo, «1/2–14 NPT» identifica a una rosca de tubería con un diámetro interior nominal de 1/2 pulgas y 14 hilos en una pulgada, fabricada conforme al estándar NPT. Si se le añade «LH», significa que la rosca es a la izquierda. Las formas de rosca de tubería más comunes a nivel mundial son:

Las formas de rosca moldeadas por inyección de plástico se fabrican conforme a los estándares ANSI B2.1 y SAE J476.

La palabra «cónica» que aparece en algunas de las denominaciones anteriores señala la gran diferencia entre muchas roscas de tubería y aquellas con pernos y tornillos. Muchas roscas de tubería no solo deben crear una unión mecánica, sino también una junta hermética hidráulica a prueba de fugas. Esto lo consigue la forma de rosca cónica del macho con la forma de rosca de la hembra y el uso de sellador para tuberías para llenar cualquier vacío entre las dos roscas para prevenir una fuga en espiral. Las bases de las roscas no están sobre un cilindro, sino sobre un cono: se ajustan. La conicidad es de 1/16 pulgadas en una pulgada, lo que es lo mismo que 3/4 de pulgada en un pie.

Debido a la conicidad, una rosca de tubería solo puede enroscarse en un racor a cierta distancia antes de atascarse. El estándar especifica esta distancia como la longitud del apriete manual, la distancia a la que la rosca de tubería puede enroscarse a mano. También especifica otra distancia: la rosca efectiva —es decir, la longitud de la rosca que hace el cierre en una rosca de tubo mecanizada convencional. Para los trabajadores, en vez de estas distancias, es más práctico saber cuántas vueltas deben hacer manualmente y cuántas con una llave inglesa. Una regla de oro simple para instalar roscas de tubería cónicas, tanto metálicas como plásticas, es apretar con los dedos y dar dos vueltas más con una llave inglesa. Los valores de instalación del par de apriete pueden determinarse para cada aplicación, pero debido a las variaciones de las uniones de tuberías, como los diferentes materiales de las roscas macho y hembra, los tipos de selladores utilizados y las variaciones internas en cuanto al grosor de pared del producto, no se puede aplicar una especificación estándar del par de apriete.

Esta tabla muestra las distancias y número de vueltas según el estándar. Se permite una tolerancia de una vuelta más o menos, y, en la práctica, las roscas suelten estar cortadas más cortas que lo especificado en el estándar. Todas las dimensiones son en pulgadas.

Rosca externa de tubería cónica estándar nacional estadounidense

Uniones roscadas cónicas/paralelas

A pesar de los estándares creados para mantener la uniformidad de los racores, las roscas de tubería cónicas son inexactas y, con el uso y por reparaciones, las roscas pueden resultar dañadas y ser susceptibles a sufrir fugas. El área donde la cresta y la raíz de la rosca se encuentran puede formar una ruta de fuga en espiral que no puede solventarse apretando más.

Se consigue una unión estanca a presión por la compresión de los hilos como resultado del apriete. Esta compresión y sellado se producen en las primeras vueltas de la rosca interna. Con el uso de la llave inglesa, el material tanto de la rosca macho como de la hembra se deforman uno en otro. Esto garantiza un contacto pleno de las roscas que minimiza las fugas en espiral. Pueden darse variaciones entre las formas de rosca plásticas moldeadas por inyección y las metálicas mecanizadas debido a que sus procesos de fabricación son diferentes.

Las roscas de tubería se diseñaron inicialmente como formas de rosca mecanizadas. Con el uso de los termoplásticos y el moldeado por inyección de plásticos en la fabricación de formas de rosca de tubería plásticas, la contracción del molde y la reducción del plástico dificultan asegurar unas uniones sin fugas. Por este motivo, se recomienda utilizar un sellador a base de PTFE en todas las roscas de tubería de plástico. El sellador más habitual es una cinta de PTFE que se envuelve 2 o 3 veces alrededor de la rosca macho antes del montaje. Los selladores líquidos en base a PTFE también resultan satisfactorios para garantizar una juntas herméticas apretada a presión. Siempre es importante ir con cuidado al aplicar selladores para evitar que estos penetren en el recorrido del flujo del sistema.

La siguiente sección muestra ejemplos de uso de diferentes roscas y los problemas que pueden aparecer al intentar crear una conexión sin fugas.

Cuando una rosca macho cónica BSPT se aprieta en una rosca hembra recta (BSPP), la junta hermética solo puede crearse en la base del puerto de la hembra con 1 o 2 hilos. Véase figura 1. Se pone en peligro el sellado debido a la falta de control en la forma de la rosca de las especificaciones BSP. La variación de crestas y raíces puede provocar un desajuste en la rosca y crear una fuga en espiral. Se requiere un sellador de rosca para hermetizar esta combinación.

El uso de roscas BSPT macho y hembra cónicas ofrece una probabilidad más alta de sellado, dado que la conicidad de ambas roscas se ajusta. Véase figura 2. Esto permite que más hilos se sellen para evitar una fuga en espiral. Aunque no hay un control de crestas y raíces, el sellador de roscas facilitaría la creación de una junta estanca a presión.

Han aparecido variaciones de las roscas NPT para solucionar el problema de la fuga en espiral y se las conoce como roscas Dryseal (véase el estándar J476 de la SAE). La más conocida es la NPTF (F significa fuel (combustible)). Con este diseño de rosca, se controlan tanto las crestas como las raíces de las roscas macho y hembra para garantizar que la cresta aplasta o desplaza el material en la raíz de la rosca a juego. El ajuste de interferencia entre la cresta de una rosca y la raíz de la otra, junto con la correspondencia de los flancos de las roscas, crea un sello para prevenir fugas en espiral.

Una variación de la rosca Dryseal es la NPSF (tubería nacional de combustible directo). Se utiliza para roscas internas y una rosca externa NPTF puede enroscarse en ellas para proporcionar una conexión mecánica y una junta hermética hidráulica satisfactorias. La combinación de una rosca paralela y cónica no se considera una opción ideal, pero su uso está muy extendido. Los acoplamientos de desconexión rápida de plástico de alta calidad normalmente utilizan roscas NPT.

Otra rosca cónica es la Rosca Cónica de Tubería Estándar Británica, o BSP, según el estándar británico 21. La rosca BSP se suele utilizar para cañerías de baja presión, pero no se recomienda para sistemas hidráulicos de presión media y alta. Esta forma utiliza la rosca Whitworth con un ángulo de 55° y una conicidad de 1:16. No es intercambiable con la rosca NPT estadounidense, aunque en los tamaños 1/2" y 3/4", ambas tienen 14 hilos por pulgada.

Cuando se enrosca una forma de rosca macho NPT en una forma de rosca recta hembra BSP surgen los problemas. Los tamaños 1/16", 1/8", 1/4" y 3/8" tienen un paso distinto, que provoca un error de alineación de las roscas. Los ángulos del flanco de las roscas también son diferentes en la NPT y la BSP. La NPT tiene una rosca de 60° y la BSP tiene una rosca de 55°.

Los tamaños 1/2" y 3/4" de la NPT y la BSP tienen todos 14 hilos por pulgada, y la NPT se encajará a la BSP bastante bien.

A pesar de que estas roscas tienen el mismo paso y encajan bien, todavía hay problemas con la forma de la rosca. Los ángulos de rosca y las tolerancias de crestas y raíces son diferentes, lo que provocará fugas en espiral tal y como se muestra en la figura 7. Estas roscas podrían utilizarse juntas con efectividad si se incorpora un sellador de roscas adecuado.

Se dan muchos problemas cuando los acoplamientos plásticos de desconexión rápida, con sus formas de rosca de tubería moldeadas por inyección, se instalan en sistemas hidráulicos con tuberías de metal. Se pueden producir fugas y fallos en la forma de rosca plástica si no se toma cuidado. Cuando intente determinar un fallo en la unión de la tubería de metal a plástico, debe tener en cuenta dos factores, el ataque de los productos químicos y el apriete excesivo.

Se puede producir un ataque de productos químicos si se utilizan selladores de rosca inadecuados. El sellado de la rosca es un intento de bloquear la ruta de la fuga en espiral, que ocurre cuando las crestas y raíces de las formas de rosca no coinciden. Deben evitarse los selladores anaeróbicos de roscas para sellar formas de rosca plásticas. Estos selladores contienen productos químicos que pueden atacar a los plásticos. El uso de un sellador de roscas de tubería en base a PTFE es una mejor opción para las roscas de plástico.

El apriete excesivo de cualquier rosca de tubería plástica tendrá efectos adversos en la función de la junta. La diferencia principal entre los plásticos y los metales es el comportamiento de los polímeros. Las piezas de plástico moldeadas por inyección siguen deformándose si están sometidas a una carga constante, p. ej., fatiga. La fatiga es la extensión o deformación continuadas de una pieza de plástico bajo carga continua. Normalmente, el material plástico de una forma de rosca de tubería de plástico moldeado por inyección se fatigará por ser apretada en exceso en un puerto hembra cónico. La deformación de las características internas de la pieza puede conllevar un fallo de la pieza.

Formas de rosca de tubería estándar que la empresa Colder Productos Company produce