¿Cuál es la diferencia entre las bridas de clase 300 y clase 600? Clasificaciones de presión, especificaciones y aplicaciones

Las bridas son componentes cruciales en los sistemas de tuberías, ya que permiten la conexión segura de tuberías, válvulas y otros equipos. Comprender las diferencias entre las bridas de clase 300 y clase 600 es esencial para los ingenieros y los profesionales de adquisiciones. 

En este artículo se comparan estas dos clases de bridas en función de las clasificaciones de presión, las especificaciones y las aplicaciones. Esta información le ayudará a tomar la decisión correcta para su sistema o negocio.

Diferencias en la clasificación de presión

La clasificación de presión de una brida determina su capacidad para soportar presiones internas a temperaturas específicas. Tanto la clase 300 como la clase 600 se rigen por las clasificaciones de bridas ASME B16.5. Estas definen sus clasificaciones de presión de trabajo máximas permitidas.

Presión máxima de trabajo permitida

• Clase 300:740 psi a 100 °F
• Clase 600:1480 psi a 100 °F

Estas clasificaciones reflejan la capacidad de cada brida para gestionar la presión. a temperaturas estándar. Las clasificaciones más altas de ANSI 600 lo hacen adecuado para aplicaciones exigentes.

Dimensiones detalladas para brida ASME B16.5 >>>

Factores de reducción de temperatura

Los límites de presión y temperatura de las bridas se ven afectados por el aumento de temperatura. Por ejemplo:

• Una brida de clase 300 puede tolerar una presión reducida a temperaturas elevadas en comparación con la temperatura ambiente.
• Las curvas específicas del material en las clasificaciones de bridas ASME B16.5 guían a los ingenieros en la estimación de los impactos de la reducción de potencia.

Influencias del grado del material

El material de la brida afecta significativamente la presión nominal. Las especificaciones de bridas de acero al carbono son comunes, pero pueden ser necesarias aleaciones de alta calidad para condiciones extremas.

Efectos de la temperatura

La temperatura afecta significativamente el rendimiento de una brida, por lo que es necesario prestarle especial atención.

Valores nominales de presión a temperaturas elevadas

Si bien las bridas de clase 300 son adecuadas para sistemas de temperatura moderada, las bridas de clase 600 soportan condiciones más severas. Esto se debe a sus tolerancias superiores de presión y temperatura.

Límites máximos de temperatura

La composición del material determina el límite de temperatura superior de una brida. Por ejemplo, el acero al carbono soporta temperaturas de hasta aproximadamente 800 °F antes de requerir aleaciones alternativas.

Curvas de reducción específicas del material

Al seleccionar entre bridas de clase 300 y clase 600, es fundamental comprender cómo disminuyen las clasificaciones de presión a medida que aumenta la temperatura. 

Los ingenieros se basan en curvas de reducción de potencia para predecir el rendimiento de las bridas a distintas temperaturas, lo que garantiza un funcionamiento seguro. A continuación, se incluye un cuadro comparativo que ilustra cómo difieren las clasificaciones de presión para bridas de acero al carbono y acero inoxidable 316 entre estas dos clases en distintos rangos de temperatura.

Temperatura (°F)	Clase 300 (acero al carbono)	Clase 600 (acero al carbono)	Clase 300 (SS316)	Clase 600 (SS316)
-20 a 100	740 psig	1480 psig	720 psig	1440 psig
200	680 psig	1360 psig	620 psig	1240 psig
400	580 psig	1160 psig	540 psig	1080 psig
600	425 psig	850 psig	410 psig	820 psig
800	No recomendado	No recomendado	260 psig	520 psig

Características físicas

El diseño físico de una brida afecta su aplicación y compatibilidad.

Diferencias dimensionales

Factores clave para comparar las dimensiones de las bridas de clase 300 y clase 600:

• Espesor de la brida:El espesor de la brida aumenta con la clasificación de clase para soportar una mayor presión. Según las normas ANSI/ASME, estos son los espesores mínimos aproximados para bridas de acero al carbono: Clase 300: ~1,38 pulgadas y Clase 600: ~2,12 pulgadas
• Diámetro del círculo de pernos y número de orificios para pernos:Las bridas de mayor capacidad requieren más pernos y un círculo de pernos más grande para distribuir la tensión de manera eficaz. A continuación, se muestran ejemplos de especificaciones para bridas NPS 6:

Clase	Diámetro del círculo de pernos (pulgadas)	Número de orificios para pernos
Clase 300	26.00	12
Clase 600	36	20

• Dimensiones cara a cara:Las dimensiones presenciales también varían levemente entre clases para alinearse con los requisitos de desempeño. Por ejemplo:

Clase 300 (NPS 6): 1/16 de pulgada 

Clase 600 (NPS 6): 1/4 de pulgada

Requisitos materiales

• Grados mínimos de material: Las bridas de clase 300 y clase 600 generalmente están hechas de los siguientes materiales, elegidos por su capacidad para soportar condiciones de funcionamiento específicas:

1. Acero al carbono (por ejemplo, ASTM A105)

• Tolerancia de presión: hasta ~1480 PSIG para la clase 600 a temperatura ambiente.
• Tolerancia de temperatura: adecuado para temperaturas que oscilan entre -20 °F y ~800 °F.
• Motivo de uso: Rentable y ampliamente disponible; adecuado para aplicaciones de temperatura y presión bajas a moderadas.

2. Acero inoxidable 316 (por ejemplo, ASTM A182 F316)

• Tolerancia de presión: hasta ~1440 PSIG para clase 300 y ~2750 PSIG para clase 600 a temperatura ambiente.
• Tolerancia a la temperatura: funciona bien en temperaturas que oscilan entre -150 °F y ~1500 °F.
• Motivo de uso: Resistencia superior a la corrosión y a la formación de incrustaciones a altas temperaturas, lo que lo hace ideal para entornos químicos y de alta temperatura.

3. Acero aleado (por ejemplo, ASTM A182 F22)

• Tolerancia de presión: comparable al acero inoxidable con clasificaciones similares.
• Tolerancia a la temperatura: Soporta temperaturas extremas de hasta ~1200 °F.
• Motivo de uso: Alta resistencia y durabilidad para entornos exigentes, incluidos aquellos con altos ciclos térmicos.

• Consideraciones metalúrgicas

1. Control de composición química: Garantiza una mezcla de aleación consistente para proporcionar propiedades mecánicas uniformes, como resistencia a la tracción, límite elástico y tenacidad. Por ejemplo, las bridas de acero al carbono mantienen un bajo contenido de carbono (<0,35%) para equilibrar la soldabilidad y la resistencia, mientras que el acero inoxidable incorpora cromo (~16-18%) para resistencia a la corrosión.
2. Integridad estructural: Se centra en el tamaño del grano y la distribución de fases, lo que se logra mediante un tratamiento térmico preciso, para evitar fallas bajo cargas cíclicas. Las bridas a menudo se someten a normalización o temple y revenido para refinar las estructuras del grano, lo que aumenta su resiliencia a la tensión y la expansión térmica.

• Especificaciones del tratamiento térmico

El tratamiento térmico de las bridas incluye la normalización, el recocido o el temple y revenido. El proceso depende del material. Las bridas ASTM A105 se normalizan a ~1650 °F para mejorar la tenacidad. 

Las bridas de acero aleado se templan para aliviar la tensión. Un control estricto de la temperatura evita deformaciones u otros defectos. El acero inoxidable puede necesitar un recocido en solución a ~1900 °F para restaurar la resistencia a la corrosión.

• Protocolos de prueba de materiales

Las pruebas mecánicas garantizan que las bridas puedan soportar las cargas previstas. Las pruebas incluyen resistencia a la tracción, resistencia a la fluencia y pruebas de impacto. 

Por ejemplo, una brida ASTM A182 F316 de clase 600 debe tener una resistencia a la tracción de al menos 515 MPa y un límite elástico de 205 MPa. Las pruebas no destructivas (NDT), como los métodos radiográficos o ultrasónicos, detectan fallas internas. 

Las pruebas de dureza confirman que el tratamiento térmico se ha realizado correctamente. Los fabricantes deben proporcionar certificados de pruebas de materiales (MTC) y cumplir con las normas ASME B16.5 o API 6A.

Implicaciones de costos

Las bridas con clasificaciones de presión más altas, como la clase 600, generalmente tienen costos mayores debido a las demandas de materiales y la complejidad de fabricación.

Las bridas de clase 600 cuestan más debido a que se utilizan materiales de mayor calidad, mayor volumen de material y complejidad de fabricación. Los materiales de primera calidad, como ASTM A182 F316, pueden costar entre un 20 y un 30 % más, ya que ofrecen la resistencia y la resistencia a la corrosión necesarias para aplicaciones de alta presión. Las bridas de clase 600 requieren paredes más gruesas, diámetros exteriores más grandes y más orificios para pernos, lo que da como resultado un uso de material hasta un 50 % mayor que las de clase 300. 

Además, la disponibilidad más estricta de materiales, los plazos de entrega más largos y las tolerancias precisas de mecanizado aumentan los costos de producción. Los tratamientos térmicos exhaustivos y el estricto control de calidad aumentan aún más su precio superior.

Costos de materiales

• Disponibilidad de materia prima:Los materiales de alta calidad más escasos aumentan los costos.
• Requisitos de volumen:Las producciones más grandes pueden reducir los costos unitarios, pero son menos comunes para las clases especializadas.

Consideraciones de instalación

1. GRAMORequisitos de la solicitud

Las juntas difieren significativamente entre las bridas de clase 300 y clase 600 debido a las demandas de presión y temperatura:

• Clase 300:Normalmente se utilizan juntas blandas, como caucho o materiales no metálicos, adecuadas para presiones y temperaturas más bajas.
• Clase 600:Requiere juntas de alto rendimiento como grafito comprimido con inserción de acero inoxidable o PTFE expandido, diseñadas para soportar presiones y temperaturas más altas.

Pautas de instalación: Utilice siempre una junta nueva, asegúrese de que esté correctamente centrada entre las bridas y confirme que esté limpia y libre de daños para evitar fugas y mantener un sellado adecuado.

2. Especificaciones de atornillado

Los requisitos de fijación con pernos difieren significativamente entre las bridas de clase 300 y clase 600 para adaptarse a clasificaciones de presión más altas:

• Número de tornillos:Las bridas de clase 600 a menudo requieren más pernos para distribuir tensiones más altas de manera uniforme.
• Diámetro del perno:Por lo general, se especifican diámetros de pernos más grandes para las bridas de Clase 600 para soportar cargas mayores.
• Grado del perno:Los pernos de clase 600 utilizan grados más fuertes tratados térmicamente, como ASTM A193 Grado B7, en comparación con los pernos de grado inferior utilizados para la clase 300.

3. Requisitos de par

Los requisitos de par de torsión aumentan con bridas de mayor clase debido a bridas más gruesas y juntas más resistentes. La aplicación adecuada del par de torsión garantiza un sellado sin fugas:

• Proceso de aplicación de par:Apriete los pernos en forma de estrella o cruz, aumentando gradualmente el torque en incrementos para asegurar una presión uniforme.
• Valores de par específicos:Las bridas de clase 600 a menudo requieren entre 25 y 50% más de torque que las bridas de clase 300, dependiendo del tamaño del perno y del tipo de junta.
• Post-instalación:Vuelva a verificar y apretar los pernos después de que el sistema alcance la temperatura de funcionamiento para solucionar cualquier relajación o compresión de la junta.

Pautas de aplicación

La elección entre la clase 300 y la clase 600 depende de las condiciones de operación.

Solicitudes de la clase 300

• Sistemas de presión moderada
• Tubería de proceso estándar
• Uso industrial general
• Condiciones comunes de servicio

Solicitudes de la clase 600

• Sistemas de alta presión
• Servicios de procesos críticos
• Condiciones de funcionamiento severas
• Requisitos de servicio especiales

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Referencia

1. Prueba experimental de fugas de brida RFWN de clase 300 de 16 pulgadas con y sin momento de flexión externo; George Bibel, T. Fath y W. Palmer; 2001 (https://www.researchgate.net/publication/291440904)
2. Análisis de elementos finitos sobre la tensión de contacto de las uniones de brida de clase 600; Min-Young Lee, Doo-Hyung Jeong y Byung-Tak Kim; 2017 (https://www.researchgate.net/publication/312078397)