Diseño de roscas
Figura 1: Pernos roscados largos.
Las roscas se utilizan con frecuencia para conectar tuberías y accesorios. Estas conexiones roscadas vienen en varios diseños y pueden adaptarse a diferentes tamaños y formas. Son a prueba de fugas y ofrecen soporte mecánico contra la gravedad. Consulte nuestro artículo sobre el juego de machos y terrajas para aprender a crear roscas personalizadas.
Especificaciones de diseño de roscas
Una rosca es una cuña enrollada alrededor de una forma cilíndrica o cónica, que proporciona una unión al acoplarse con otra rosca. Los hilos tienen numerosos tamaños y diseños de formas para servir a diversos fines. Garantizar la compatibilidad de las roscas y un sellado adecuado es importante para conseguir una unión fiable. Las roscas se identifican por sus características de diseño. Al seleccionar un producto con roscas, es importante conocer algunas especificaciones de las mismas:
- Roscas macho y hembra
- Roscas a la derecha y a la izquierda
- Estrechamiento:
- Diámetro
- Ángulo
- Paso y roscas por pulgada (TPI)
- Comienza
- Formulario
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Roscas macho y hembra
Todas las conexiones roscadas coincidentes constan de un tipo de rosca macho (externa) y otro de rosca hembra (interna). En una conexión determinada, las roscas deben tener las mismas características de diseño para garantizar una estanqueidad y/o un rendimiento mecánico adecuados. Generalmente, las conexiones roscadas de las válvulas son hembras, como se ve en la figura 2 a la derecha.
Figura 2: Rosca interna frente a rosca externa: Un racor hexagonal (izquierda) y una electroválvula (derecha)
Roscas a la derecha y a la izquierda
La parte helicoidal (o espiral) de un hilo puede ser diestra o zurda. La mayoría de los roscadores son diestros y siguen la regla de la empuñadura derecha. Esta regla establece que cuando un hilo se engancha en una conexión, se mueve hacia arriba cuando se gira hacia la mano derecha. Las letras "LH" en una especificación de rosca significan una rosca para zurdos que se gira en la dirección de la mano izquierda para mover la rosca hacia arriba. La figura 3 muestra las diferencias junto con la regla de la derecha.
Figura 2: La mano en los hilos: diestro (A) y zurdo (B)
Estrechamiento:
La hélice de un hilo envuelve una varilla cónica o cilíndrica. Una rosca en un vástago cónico, como se ve a la izquierda de la figura 4, crea una rosca cónica. Un hilo sobre una forma cilíndrica, como se ve a la derecha de la figura 4, crea un hilo recto o paralelo. El ángulo de conicidad es el ángulo entre la forma cónica y la línea central del tubo.
Una conexión roscada cónica crea estanqueidad mediante la compresión y deformación mutuas de las roscas macho y hembra. Por otro lado, las roscas rectas no crean una unión estanca en las roscas y suelen sellarse con juntas tóricas o empaquetaduras.
Figura 4: Una rosca macho recta de diámetro mayor constante (izquierda) y una rosca macho cónica de diámetro mayor variable (derecha).
Diámetro
El diámetro mayor de una rosca (figura 5 etiquetada E) es el mayor de los dos diámetros extremos del perfil de la rosca. Para roscas exteriores, el diámetro mayor es el diámetro de cresta a cresta a través del eje de la rosca. Para roscas interiores, el diámetro mayor es de raíz a raíz. Para ambos tipos de rosca, el diámetro menor (Figura 5 etiquetada C) es el opuesto: externo, de raíz a raíz, e interno, de cresta a cresta. La profundidad de una rosca (figura 5 etiquetada F) es la diferencia entre los diámetros mayor y menor. El diámetro de paso (Figura 5 etiquetado D) se mide a partir de una línea que interseca los flancos de una rosca y se encuentra a medio camino entre los diámetros mayor y menor.
Figura 5: Dimensiones de la rosca: paso (A), ángulo del flanco (B), diámetro menor (C), diámetro de paso (D), diámetro mayor (E), profundidad (F), cresta (G) y ranura (H).
Ángulo
El ángulo de la rosca, o ángulo del flanco, (Figura 5 etiquetada B) es el ángulo entre los flancos de la rosca. Los ángulos de rosca más utilizados son 60° y 55°.
Paso y roscas por pulgada (TPI)
El paso (Figura 5 etiquetada A) es la distancia entre las crestas de dos hilos consecutivos. Las roscas por pulgada (TPI) son el recíproco del paso. Por ejemplo, una rosca con un TPI de 12 tiene un tamaño de paso de una pulgada. Mientras que el TPI describe las roscas imperiales, el paso se utiliza a menudo para las roscas métricas y se indica en mm.
Comienza
El número de arranques de un hilo determina el número de crestas que lo envuelven para crear el hilo. El número de arranques determina el número de roscas que mueve un tornillo al girar 360º. Las roscas de un solo paso son las más comunes en las tuberías. La figura 6 está codificada por colores para mostrar la diferencia en el número de crestas por inicio.
Figura 6: Número de inicios en un hilo de uno a cuatro de izquierda a derecha.
Formulario
La sección transversal de un hilo se denomina forma. Los hilos pueden ser triangulares, cuadrados, trapezoidales o de otras formas (figura 7). Los hilos de forma triangular también se denominan hilos en V. Aunque los hilos en V se representan como triangulares, en la práctica, la punta y la ranura del hilo no pueden tener un borde perfectamente afilado, por lo que se truncan (acortan) en distintos grados. Un hilo en V afilado es un hilo en el que las puntas de los triángulos no están truncadas.
Figura 7: Tipos de hilos: ACME, rosca nacional (N), British Standard Whitworth (BSW), BUTTRESS, métrica (M), V afilada (V), cuadrada (SQ) y nacional unificada (UN).
Sellado de una conexión roscada
Al conectar dos roscas, es esencial tener en cuenta la estanqueidad hidráulica que crearán. Las roscas paralelas y cónicas pueden combinarse para crear dos tipos de conexiones: roscas de unión y roscas de tornillo largo (fijación).
Roscas de unión
Figura 8: Cinta selladora de roscas utilizada para un mejor sellado de las roscas de unión.
La unión roscada crea estanqueidad mediante la compresión de las roscas. Para ello, las roscas macho cónicas se acoplan con roscas hembra paralelas o cónicas. En este tipo de unión, se crea un sellado positivo deformando las roscas entre sí mediante el apriete con llave para garantizar un par de apriete adecuado. Esto significa que el montaje y desmontaje repetido puede distorsionar las roscas. Por lo tanto, es vital comprobar este tipo de junta para detectar posibles vías de fuga o daños en las roscas.
En este tipo de conexión se suele utilizar un revestimiento sellador o un compuesto de unión en las roscas, como cinta selladora de roscas o grasa para tuberías (figura 8). Si se utiliza cinta selladora, sólo se necesitan dos vueltas de sellador. Tenga en cuenta que no se puede utilizar una junta tórica con una rosca macho cónica, ya que no permitirá apretar completamente las roscas. Algunas roscas precisas se conocen como de "ajuste en seco" o de "sellado en seco" y no requieren ningún material de sellado. En estas juntas, la estanqueidad a la presión se crea únicamente por la compresión de las roscas y se utiliza especialmente para crear una junta estanca al gas o cuando el sellante podría contaminar o reaccionar con el medio (por ejemplo, oxígeno).
Las roscas de unión pueden sufrir fugas al apretarlas y aflojarlas durante la reparación o el montaje. Cuando se aprieta una rosca macho cónica a una rosca hembra paralela, la estanqueidad sólo se produce en la base del orificio hembra con 1-2 roscas debido a la diferencia de conicidad. Esto significa que la zona donde se unen la cresta de la rosca macho y la raíz de la rosca hembra puede formar una vía de fuga en espiral. Este es especialmente el caso de las conexiones BSPT. Las roscas BSPT se utilizan habitualmente para aplicaciones de baja presión y no se recomiendan para sistemas de media o alta presión. Este problema puede resolverse si las roscas macho y hembra son cónicas (por ejemplo, conexiones NPT ).
Figura 9: La rosca macho de la parte inferior (A) es BSPT y la rosca hembra de la parte superior (B) es BSPP.
Tornillo largo o rosca de fijación
En este tipo de unión, se crea un sello fiable mediante la compresión de un material blando (una junta tórica o una arandela) o una junta plana entre el hombro del tubo macho y la superficie interior de la rosca hembra.
Figura 10: Junta tórica en una rosca macho
