Las fugas en uniones bridadas suelen atribuirse inicialmente al deterioro de la junta, a procesos de corrosión o a las condiciones de presión de operación. Sin embargo, en un número significativo de casos, la causa raíz se encuentra en una carga incorrecta en pernos. Una precarga insuficiente, excesiva o no uniforme puede comprometer la integridad del sello y convertir una unión aparentemente correctamente ensamblada en una fuente de fugas progresivas.
En las uniones bridadas, el desempeño del sistema no depende del perno sometido al mayor torque, sino de la capacidad del conjunto para distribuir uniformemente la carga y mantener la compresión requerida sobre la junta durante toda la vida útil del servicio.
Función mecánica del perno
En una unión bridada, el perno no cumple únicamente una función de fijación mecánica. Su propósito principal es generar una precarga (preload), definida como la fuerza inicial de tracción que comprime la junta y mantiene en contacto las caras de la brida. Esta compresión constituye el mecanismo fundamental que impide el paso del fluido contenido en el sistema.
Desde el punto de vista mecánico, el perno se comporta como un elemento elástico que debe deformarse dentro de su rango de funcionamiento para producir una fuerza de apriete estable. Una deformación insuficiente no genera la presión de sellado requerida, mientras que una deformación excesiva puede ocasionar plastificación del perno, daños en la rosca, deformación de la brida o deterioro prematuro de la junta.
No obstante, el torque aplicado durante el montaje no siempre se traduce en la precarga prevista. Una fracción importante de la energía suministrada se disipa por efecto de la fricción en las roscas y en las superficies de apoyo de la cabeza del perno o de la tuerca. Como consecuencia, dos pernos sometidos al mismo torque pueden desarrollar valores de precarga significativamente diferentes. Por esta razón, una unión puede cumplir aparentemente con el torque especificado y, aun así, presentar una distribución no uniforme de esfuerzos que favorezca la pérdida de hermeticidad.
¿Qué es exactamente la “precarga” y por qué es tan crucial en la ingeniería? En el siguiente video, Wedge Washers explica el concepto de manera simple y 100% visual. Una vez que se comprende su mecánica, resulta evidente por qué mantener la precarga es un factor absolutamente vital para la seguridad y estabilidad en aplicaciones críticas.
Mecanismo de formación de fugas
La fuga se produce cuando la presión de contacto ejercida sobre la junta disminuye por debajo del valor necesario para resistir la presión interna y las fuerzas de separación que actúan sobre la unión.
Esta condición puede originarse por subapriete, cuando la junta no alcanza la compresión mínima requerida; por sobreapriete, cuando la junta experimenta aplastamiento o la brida sufre deformaciones; o por un apriete no uniforme, consecuencia de una secuencia de montaje inadecuada o de la aplicación irregular del torque, lo que genera zonas con exceso de carga y otras con presión de contacto insuficiente.
En consecuencia, la confiabilidad del sello no depende de incrementar el torque aplicado, sino de garantizar una distribución homogénea de la precarga.
Entre las causas más frecuentes se encuentran la aplicación de secuencias de apriete incorrectas, el empleo de herramientas sin calibración, diferencias en la lubricación de los pernos, problemas de alineación entre las bridas y una selección inadecuada de la junta. Todos estos factores modifican la distribución de esfuerzos y reducen la capacidad de sellado del conjunto.
En las etapas iniciales, la pérdida de hermeticidad suele manifestarse mediante rezumes de baja intensidad, manchas sobre el recubrimiento protector de la unión, pérdidas mínimas de presión o fugas que aparecen únicamente bajo determinadas condiciones de temperatura o durante los ciclos de operación.
Efectos de una carga incorrecta en pernos
Las fallas asociadas a la carga de los pernos rara vez son consecuencia de un único factor. Generalmente, resultan de la interacción de múltiples desviaciones ocurridas durante el montaje.
Cuando el torque aplicado es inferior al especificado, la junta no desarrolla la presión de contacto necesaria y la presión interna induce la separación progresiva de las caras de la brida. En contraste, un torque excesivo puede provocar el aplastamiento (crushing) de la junta, la rotación de la brida y esfuerzos cercanos al límite elástico del perno.
Asimismo, un patrón de apriete no simétrico genera una distribución desigual de la carga circunferencial, produciendo concentraciones de esfuerzos y un sellado irregular.
Por otra parte, una alineación deficiente de las bridas obliga a los pernos a absorber cargas de flexión y esfuerzos laterales para los cuales no fueron diseñados, reduciendo la uniformidad de la precarga sobre la junta. En estas condiciones, resulta frecuente intentar corregir mediante un incremento del torque un problema cuyo origen corresponde, en realidad, a deficiencias de alineación o de montaje.
Consideraciones para el diseño y el montaje
El diseño de una unión bridada no debe limitarse a verificar la resistencia mecánica de sus componentes. Su objetivo principal consiste en garantizar un contacto estable entre las superficies de sellado y mantener una presión suficiente sobre la junta durante todas las condiciones previstas de operación.
En consecuencia, el dimensionamiento de los pernos, la selección de la junta, las condiciones de presión y temperatura, las propiedades mecánicas de los materiales y el procedimiento de instalación deben considerarse como elementos interdependientes de un único sistema de sellado.
Por esta razón, las normas y procedimientos de montaje establecen secuencias de apriete cruzadas, incrementos progresivos de torque, reaprietes por etapas y el uso de herramientas debidamente calibradas. Estas prácticas tienen como finalidad obtener una distribución uniforme de la precarga y minimizar las deformaciones del conjunto. Asimismo, explican por qué una unión diseñada correctamente puede presentar fugas cuando el procedimiento de instalación no se ejecuta conforme a las especificaciones técnicas.
Otro aspecto de importancia corresponde a la selección de la longitud de los pernos o espárragos, la cual debe ajustarse a las dimensiones establecidas en ASME B16.5 para bridas con diámetros nominales de hasta 24 pulgadas y en ASME B16.47 para diámetros superiores, dentro del sistema de normas estadounidense. En sistemas diseñados conforme a estándares europeos, la referencia aplicable es la EN 1092-1.
En términos de integridad mecánica, el desempeño de una unión bridada depende de la generación de la precarga especificada, de la aplicación del patrón de apriete adecuado y del comportamiento conjunto de todos los elementos que conforman el sistema de sellado. En consecuencia, un elevado porcentaje de las fugas asociadas a uniones bridadas tiene su origen en una precarga incorrecta de los pernos y no en la junta propiamente dicha.
Carga incorrecta en pernos: Una falla prevenible
La carga incorrecta en pernos continúa siendo una de las principales causas de pérdida de hermeticidad en uniones bridadas, aunque con frecuencia pasa desapercibida durante el análisis de fallas. Más allá del valor de torque aplicado, la confiabilidad del sistema depende de alcanzar una precarga uniforme, mantener la compresión adecuada de la junta y seguir procedimientos de montaje alineados con las buenas prácticas de ingeniería y los estándares aplicables. Comprender la interacción entre pernos, bridas y juntas permite prevenir fugas, mejorar la integridad mecánica y prolongar la vida útil de los activos industriales.
Conclusiones
La carga incorrecta en pernos altera la distribución de la precarga sobre la junta, reduciendo la capacidad de sellado y aumentando la probabilidad de fugas en las uniones bridadas. Un procedimiento de montaje adecuado, que incluya secuencias de apriete controladas, herramientas calibradas y una correcta alineación de las bridas, es fundamental para evitar problemas asociados .
La confiabilidad de una unión bridada no depende únicamente del torque aplicado, sino de lograr una precarga uniforme que mantenga la hermeticidad durante todas las condiciones de operación. La aplicación de normas como ASME B16.5, ASME B16.47 y las buenas prácticas de montaje contribuye a minimizar los riesgos derivados de una carga incorrecta, fortaleciendo la seguridad operacional y la gestión de integridad de los activos.
Referencias
- Nelson, N. R. (2023). Structural Integrity and Sealing Behaviour of Bolted Flange Joints: A State-of-the-Art Review. ScienceDirect.
- API. (2018). Appendix J: Bolting Preload.
- Baker, J. C. (2009). Analysis of Bolting in Flanged Connections.
- Estrada, H., et al. Analysis of Leakage in Bolted-F
