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Compensadores metálicos

Movimientos

Los principales cambios dimensionales y vibraciones que debe absorber un compensador son los siguientes:

Movimiento Axial

Es el cambio en la longitud dimensional del fuelle desde su longitud libre en una dirección paralela a su eje longitudinal. Puede ser a extensión o compresión.

Movimiento angular

Es el desplazamiento rotacional del eje longitudinal del fuelle hacia un punto de rotación o flexión del compensador a lo largo de su línea central.

Movimiento lateral

Es el desplazamiento relativo de un extremo del fuelle al otro extremo en una dirección perpendicular a su eje longitudinal.

Piezas principales y accesorios de los compensadores metálicos

La unidad básica de toda junta de dilatación o compensador es el fuelle. Al agregar componentes y accesorios adicionales, la complejidad y la capacidad de los compensadores aumentan, lo que los hace adecuados para una amplia gama de aplicaciones y servicios.

Estos son algunos de los accesorios y componentes principales y básicos de las juntas de expansión o compensadores de dilatación:

Fuelle

Un elemento flexible que consta de una o más ondas y los extremos tangentes finales sin corrugar. Los fuelles pueden ser de una o varias capas.

Extremos tangentes

Las porciones rectas no corrugadas al final del fuelle.

Conexiones

Los tipos más comunes de piezas de conexión son los extremos para soldar o las bridas. En algunos casos se utilizan extremos roscados macho o hembra.

Extremos para soldar

Son los extremos de un compensador equipado con terminales para unión soldada a equipo o tubería adyacente. Los extremos para soldar se suministran comúnmente biselados para soldadura a tope.

Extremos bridados

Son los extremos de un compensador equipado con bridas con el propósito de atornillar el compensador a la brida del equipo o tubería adyacente. Los extremos bridados se pueden suministrar fijos o giratorios.

Metal expansion joint - Weld Ends Example Metal expansion joint - Weld Ends Example
Metal expansion joint - Flanged Ends Example Metal expansion joint - Flanged Ends Example

Collar de refuerzo

Anillo de refuerzo unido al extremo tangente para refuerzo.

Collar de asistencia

Anillo colocado alrededor de las tangentes finales para facilitar la soldadura.

Aros de refuerzo y compensación

Dispositivos que encajan perfectamente en los valles de las ondas para reforzar el fuelle contra la presión interna y / o distribuir el movimiento axial por igual en ondas limitando la cantidad de movimiento de compresión por onda.

Metal expansion joint - Collars Rings Example Metal expansion joint - Collars Rings Example

Camisa interna

Dispositivo que minimiza el contacto entre la superficie interior de los fuelles del compensador y el fluido que circula a través de él. Estos dispositivos también se denominan deflectores internos.

Se especificarán camisas internas en todos los compensadores en los siguientes casos:

  • Cuando las velocidades de flujo son altas y pueden inducir vibraciones resonantes de los fuelles
  • Cuando es necesario mantener las pérdidas por fricción al mínimo y se desea un flujo suave.
  • Cuando existe la posibilidad de erosión, como en las líneas que transportan catalizador u otros medios abrasivos, se deben usar camisas espesor considerable. En ningún momento los fuelles relativamente delgados deben exponerse directamente a la erosión
  • Cuando hay flujo inverso, se pueden requerir camisas de gran espesor, o puede ser apropiado el uso de camisas telescópicas.
  • Para aplicaciones de alta temperatura para disminuir la temperatura del fuelle y permitir que el metal del fuelle retenga sus propiedades físicas superiores. El área anular entre el fuelle y el revestimiento se puede rellenar con aislamiento de fibra cerámica, o se puede instalar una purga de gas para reducir aún más la temperatura efectiva del fuelle.

Cubierta externa o funda externa

Dispositivo que se utiliza para proporcionar protección externa a los fuelles frente a objetos extraños, daños mecánicos y / o flujo externo y puede actuar como soporte para el aislamiento térmico externo.

Metal expansion joint - Internal External Sleeve Example Metal expansion joint - Internal External Sleeve Example

Tirantes de operación

Dispositivos, generalmente en forma de varillas o barras, unidos al conjunto del compensador, cuya función principal es restringir continuamente el empuje generado por la presión durante el funcionamiento normal, permitiendo solamente la deflexión lateral. El movimiento angular se puede absorber solo si se utilizan dos tirantes y se ubican a 90° opuestos a la dirección de angulación.

Tirantes de control

Dispositivos, generalmente en forma de varillas o barras, unidos al conjunto del compensador, cuya función principal es distribuir el movimiento entre los dos fuelles de un compensador de dilatación universal. Las barras de control no están diseñadas para soportar el empuje generado por la presión.

Tirantes limitadores

Dispositivos, generalmente en forma de varillas o barras, unidos al conjunto del compensador, cuya función principal es restringir el rango de movimiento del fuelle (axial, lateral y angular) durante el funcionamiento normal. En el caso de un fallo en un anclaje principal, estos tirantes están diseñados para evitar la sobre extensión o sobre compresión de los fuelles mientras soportan la carga generada por la presión total y soportan las fuerzas dinámicas generadas por el fallo del anclaje.

Metal expansion joint - Rods Example Metal expansion joint - Rods Example

Hinged (compensadores hinged)

Los compensadores hinged (con bisagras) incorporan un sistema de soportes articulados (un par de pasadores a través de placas de bisagra unidas a los extremos del compensador) que permiten el movimiento angular en un solo plano. Las bisagras y los pasadores de las bisagras deben estar diseñados para soportar las cargas generadas por la presión y fuerzas externas, cuando corresponda. Estas unidades no permiten el movimiento axial; sin embargo, algunos tipos de sistemas de bisagra pueden estar provistos de orificios para el pasador que están ranurados para permitir un desplazamiento axial limitado. Estos tipos de "bisagras ranuradas" no pueden restringir las fuerzas de empuje generadas por la presión y, por lo tanto, se debe proporcionar un anclaje adecuado.

Metal expansion joint - Hinged Example Metal expansion joint - Hinged Example

Gimbal (compensadores cardan)

El sistema gimbal o cardan consta de dos pares de bisagras fijadas a un anillo flotante común.
Un anillo de cardan puede ser redondo o cuadrado. Para los aros cardan redondos se considerará el momento de torsión y para los aros cardan cuadrados se considerará la inestabilidad debida a la flexión. Los compensadores gimbal o cardan están diseñados para permitir el movimiento angular en cualquier plano y el aro del cardan, las bisagras y los pasadores están diseñados para restringir el empuje generado por la presión interna.

Metal expansion joint - Gimbal Example Metal expansion joint - Gimbal Example

Pantográficos

Son dispositivos similares a unas tijeras. Una forma especial elementos de control unidos al conjunto del compensador cuya función principal es distribuir el movimiento por igual entre los dos fuelles de un compensador universal en todo su rango de movimiento. Los sistemas pantográficos, al igual que los tirantes de control, no están diseñados para restringir el empuje generado por la presión interna.

Metal expansion joint - Pantographic Linkages Example Metal expansion joint - Pantographic Linkages Example

¿Cómo se fabrican los fuelles metálicos?

Cada fabricante utiliza sus propios métodos para fabricar fuelles metálicos, aunque en todos los casos los fuelles se fabrican a partir de tubos sin soldadura o cilindros metálicos soldados en toda su longitud.

Dependiendo de diferentes factores (por ejemplo, diámetros, el número de láminas utilizadas, los materiales utilizados, etc.), los métodos de formación de fuelles más utilizados son los siguientes:

Conformado por expansión (mandril de expansión)

Las ondas se forman individualmente mediante un mandril interno que se expande. Los puntos planos se minimizan expandiendo parcialmente el mandril y girando ligeramente el tubo. Este proceso se repite hasta que se alcanza una altura de onda intermedia. Cada onda se dimensiona posteriormente mediante rodillos internos y externos especialmente contorneados.

Conformado Hidráulico

Un tubo se coloca en una prensa hidráulica o en una máquina diseñada para fabricar fuelles. Se colocan anillos de matriz externos circulares fuera del tubo a intervalos longitudinales aproximadamente iguales a la longitud desarrollada de las ondas completadas. El tubo se llena con un medio como agua y se presuriza hasta que se produce una deformación circunferencial. Esta operación de formación continúa con una deformación circunferencial simultánea y un acortamiento longitudinal controlado del tubo hasta que se obtiene la configuración adecuada. Mediante este método se pueden formar ondas individuales o múltiples. Dependiendo de la configuración del fuelle, pueden ser necesarios varios pasos de conformado parcial con tratamiento térmico intermedio. Los fuelles reforzados se pueden formar utilizando anillos de refuerzo externos que actúan como parte de las matrices de formación. Una vez finalizado, cuando se retiran las matrices, los anillos permanecen como parte integral del fuelle.

Formación elastomérica

Se inserta un tubo longitudinal soldado sobre un mandril que contiene una sección de un cilindro de caucho. La fuerza axial sobre el mandril expande el cilindro formando una protuberancia en el tubo. Luego, el cilindro se relaja y la protuberancia se comprime axialmente generando una onda mediante moldes externos. Las ondas se forman una a la vez y el tubo se va acortando a medida que se forman las ondas.

Roll forming

Se coloca un tubo en una máquina y se forman ondas individuales o múltiples mediante la presión ejercida por ruedas conformadoras. Generalmente, las ruedas están tanto en el interior como en el exterior del tubo. Se produce un acortamiento longitudinal controlado del tubo durante la operación de formación. El tubo puede girar alrededor de ruedas de formación de eje fijo,o el tubo puede fijarse y las ruedas giran alrededor de la circunferencia del tubo.

Formación con prensa

Una chapa plana se enrolla usando una matriz de plegadora para formar las ondas individuales. Este método se usa principalmente en la fabricación de fuelles para compensadores rectangulares. Los estilos más comunes son el perfil "U" y los perfiles "V".

Fuelles multilámina

El uso de fuelles circulares multilámina es la solución ideal para compensadores que están expuestos a altas presiones. Este sistema implica la construcción de un fuelle utilizando varias láminas delgadas en lugar de una sola capa gruesa. Esta técnica mejora considerablemente la flexibilidad de los fuelles, su característica más importante.

Metal expansion joint - Pantographic Linkages Example

Principales ventajas del uso de fuelles metálicos multilámina:

  • Son resistentes a altas presiones.
  • Mantienen un alto grado de flexibilidad incluso cuando trabajan a altas presiones.
  • Tienen un spring rate más bajo que los fuelles de una sola lámina gruesa.
  • Tiene la capacidad de absorber más movimiento en longitudes cortas lo que garantiza una vida útil más larga.
  • Posibilidad de instalar detectores de fugas para medios críticos.

Garantizan importantes ahorros:

  • Se requieren pocas unidades dentro de un sistema dado debido a su mayor capacidad para absorber movimientos.
  • Los spring rate bajos reducen los costos incurridos en anclajes y estructuras de soporte.
  • Para evitar la corrosión, se pueden utlizar materiales especiales (ej. Inconel, Incoloy, etc.) en la capa interna para proteger contra la temperatura y la corrosión y se pueden usar aceros austeníticos en las capas restantes para soportar la presión.
Metal expansion joint example 1 Metal expansion joint example 2

Diseño y fabricación

Estándares

Los Compensadores MACOGA están diseñados, fabricados y probados de acuerdo con:

  • E.J.M.A. (Expansion Joint Manufacturers Association, Inc.)
  • ASME VIII, Div. I, App. 26
  • EN 14917, European Standard for Metal Expansion Joints.

Si se solicita especialmente o se incluye en los términos del contrato, los Compensadores también se pueden diseñar de acuerdo con otros estándares y códigos internacionales (AD-Merkblatter B13, CODAP, etc.).

El control del diseño y las modificaciones se establecen en la última versión de nuestro Manual de Control de Calidad y el Procedimiento de calidad Diseño y cálculo.

Introducción a compensadores metálicos
Introducción a compensadores metálicos
Introducción a compensadores metálicos

Rango de fabricación

Los Compensadores circulares se fabrican con una sola lámina o multilámina y en diámetros desde 15 y 10000 mm.

Nuestra gama de fabricación incluye Compensadores circulares de los siguientes tipos:

  • Simple sin tirantes
  • Simple con tirantes
  • Universal sin tirantes
  • Universal con tirantes
  • Hinged
  • Doble Hinged
  • Gimbal
  • Autocompensados
  • Flanged & Flued
  • Externamente Presurizados
  • Jacketed
  • Reforzados Alta Presión
  • Lens y MUX de pared gruesa
  • Rectangular
  • Recubiertos con PTFE
  • Two Ply Testable
  • Formas especiales

As well as Rectangular Expansion Joints which, with limitless dimensions, can be supplied with different convolution and corner types:

  • W-shaped, Camera Corner
  • V-shaped, Miter Corner (single or double)
  • U-shaped, Rounded Corner


Aplicaciones específicas:

  • FCCU Fluid Catalytic Cracking
  • Compensadores para Intercambiadores de calor
  • Compensadores para barcos y motores
  • Compensadores para buques, plantas y terminales LNG/LPG
  • Compensadores Clamshell
  • Compensadores para Scrubbers o sistemas de limpieza de gases
  • Compensadores para sistemas de Calefacción Urbana
  • Compensadores para Condensadores
  • Sector de la Construcción - Expansión térmica y asentamiento de edificios
  • Compensadores para Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado

Materiales utilizados

El componente esencial de un Compensador reside en el grado de flexibilidad de su fuelle y esto depende del diseño de su onda y los materiales utilizados durante el proceso de producción.

La elección de los metales que se utilizarán en la fabricación del fuelle, que es el componente básico del Compensador, se realiza teniendo en cuenta los siguientes criterios:

  • Resistencia a la temperatura.
  • Resistencia a la corrosión.
  • Capacidad de ser conformado.
  • Características mecánicas.
  • Resistencia a la fatiga.
  • Flexibilidad cuando está en uso.

Las tablas muestran los materiales utilizados principalmente para fabricar nuestros fuelles:

Nombre ASTM UNS EN
304 304 S30400 1.4301 Austeniticos
Servicios en general
304L 304L S30403 1.4306
316 316 S31600 1.4401
316L 316L S31603 1.4404
316H S31609 1.4401/1.4919 -
316Ti 316Ti 1.4571 1.4571
321 321 S32100 1.4541
904L 904L N08904 1.4539
254 SMO S31254 S31254 1.4547
304H 304H S30409 1.4948 Austeniticos
Alta temperatura
321H 321H S32109 1.4878
309S 309S S30908 1.4833
310S 310S S31008 1.4845
253 MA S30815 S30815 1.4835
Grados de Acero Inoxidable

254 SMO y 253 MA son marcas registradas de Outokumpu Stainless

Nombre UNS EN
Inconel 600 N06600 2.4816
Monel 400 N04400 2.4360, 2.4361
Inconel 625 N06625 2.4856
Inconel 625LCF N06625 2.4856
Incoloy 800 N08800 1.4876
Incoloy 800H N08810 1.4958
Incoloy 825 N08825 2.4858
Hastelloy C4 N06455 2.4610
Hastelloy C-22 N06022 2.4602
Hastelloy C-276 N10276 2.4819
Aleacciones de Niquel

Inconel, Monel & Incoloy son marcas registradas de Special Metals Corporation. Hastelloy es marca registrada de Haynes International, Inc.