La elección del espárrago determina ambas funciones. En un medio oxidante, la película pasiva de la aleación determina si el espárrago resiste lo suficiente como para permitir siquiera la apertura.
Incluya en un mismo pedido el extremo que se rosca en el cuerpo, el extremo de la tuerca, la corriente oxidante y el procedimiento de apertura. Un espárrago con longitud total suficiente pero demasiado corto en un extremo parece correcto al montarlo, pero no proporciona una sujeción uniforme. Por ello, el pedido debe acotar ambos extremos, en lugar de indicar solo la longitud total y dejar el resto a criterio del taller.
Figura: espárrago de doble extremo de C-22 para bonetes; el extremo del cuerpo y el de la tuerca cumplen funciones distintas. Las temperaturas de corrosión en rendijas según G48 son valores de laboratorio y los límites elásticos medios de las barras no son valores mínimos.
01 Medios oxidantes y su efecto sobre la película pasiva
Un servicio oxidante implica que la corriente contiene especies que favorecen el estado pasivo del metal: ácido nítrico, cloruro férrico, cloruro cúprico, hipoclorito, cloro húmedo u oxidantes clorados. Mientras la película pasiva permanece intacta, el ataque es lento. Cuando los cloruros, una rendija o un cambio en las características de la corriente la rompen, el ataque se concentra en ese punto, especialmente bajo una tuerca, bajo una arandela o en el fondo de una rosca donde el líquido queda estancado.
El C-22 resulta adecuado en este caso gracias al cromo. La página de Haynes International sobre la aleación HASTELLOY C-22 indica una composición nominal de níquel como balance, 56%, cromo 22%, molibdeno 13%, hierro 3% y tungsteno 3%. Señala que su elevado contenido de cromo proporciona una resistencia a los medios oxidantes muy superior a la de la aleación de referencia de la familia, C-276, con una resistencia excepcional a las picaduras inducidas por cloruros. El C-22 es una aleación endurecida por solución sólida, no por envejecimiento: su resistencia procede del molibdeno y el tungsteno disueltos en la matriz de níquel-cromo. Por tanto, en un espárrago de C-22 no hay un ciclo de envejecimiento que pueda ejecutarse incorrectamente ni un estado envejecido que deba especificarse como en un espárrago endurecido por precipitación y envejecido. Cualquier estado de trabajo en frío debe indicarse por separado en el pedido.
Su resistencia es moderada para un espárrago de bonete, por lo que debe dimensionarse la unión con la resistencia del estado solubilizado: un límite elástico de aproximadamente 283–310 MPa, según la forma del producto y la edición de la especificación, y una resistencia a la tracción de 690 MPa. Indique la especificación en el pedido en lugar de dimensionar basándose únicamente en la palabra «moderada». Confirme las cifras con la edición aplicable de ASTM B574. La reducción de resistencia con la temperatura es real y está cuantificada en la misma página: los valores medios de las barras de Haynes pasan de un límite elástico de 359 MPa a temperatura ambiente a 262 MPa a 204°C, mientras que la resistencia a la tracción baja de 765 MPa a 662 MPa. Son promedios de laboratorio, no mínimos, y muestran por qué la temperatura del espárrago debe figurar en el pedido junto a la de la corriente.
La misma página ofrece una comparación más marcada en cloruro férrico acidificado al 6% según ASTM G48: para C-22, una temperatura crítica de picadura superior a 150°C y una temperatura crítica de corrosión en rendijas de 80°C, frente a 55°C para C-276, 40°C para 625 y 0°C para 316L en corrosión en rendijas. Son valores de ensayo de laboratorio en una solución agresiva concreta, no límites de diseño, y muestran por qué la temperatura de corrosión en rendijas, en lugar de la velocidad de corrosión general, suele determinar la elección para el bonete.
02 Aleaciones candidatas y límites de cada una
El C-22 es el punto de partida cuando predominan las especies oxidantes. El C-276, UNS N10276, es la opción cuando la corriente pasa a ser reductora: sus mayores contenidos nominales de molibdeno, 16%, y tungsteno, 4%, permiten afrontar mejor el ácido clorhídrico y los ácidos reductores, mientras que su menor contenido nominal de cromo, 16%, le ofrece menos margen frente a la oxidación que el C-22. Inconel 625, UNS N06625, es una alternativa de solución sólida cuando predomina el servicio oxidante, pero sus límites frente a las picaduras por cloruros y los ácidos reductores son inferiores a los de los grados de la familia C. Los mínimos de sus barras ASTM B446 grado 1 son 827 MPa de resistencia a la tracción y 414 MPa de límite elástico hasta 102 mm de diámetro, y 758 MPa y 345 MPa, respectivamente, por encima de ese diámetro; deben confirmarse con la edición aplicable de B446. Alloy 20, UNS N08020, exige verificar sus límites, no dar por supuesta su aptitud: resulta adecuado para ácido sulfúrico diluido, pero una corriente oxidante con cloruros, el cloruro férrico o la entrada de ácido nítrico lo sitúan fuera del ámbito para el que se diseñó. La ficha técnica CarTech 20Cb-3 de Carpenter Technology sitúa Alloy 20 en aplicaciones de depuración de gases donde el contenido de ácido importa más que un contenido elevado de halógenos, lo que marca su límite frente a estos últimos.
| Aleación candidata | UNS y forma | Aplicación en bonetes expuestos a medios oxidantes | Límite que debe vigilarse |
|---|---|---|---|
| Hastelloy C-22 | UNS N06022, barra según ASTM B574 | Medios químicos oxidantes, cloruros férrico y cúprico, entrada de ácido nítrico | Resistencia moderada en estado solubilizado, límite elástico de aproximadamente 283–310 MPa; indicar la temperatura del espárrago |
| Hastelloy C-276 | UNS N10276, barra según ASTM B574 | Corriente que pasa a ser reductora, mezcla de ácidos con ácido clorhídrico | Menor margen frente a la oxidación que C-22 cuando predominan los oxidantes |
| Inconel 625 | UNS N06625, barra según ASTM B446 grado 1 | Servicio oxidante, mayor límite elástico en estado recocido para el asentamiento | Límites frente a ácidos reductores y picaduras por cloruros inferiores a C-22; confirmar los mínimos del grado 1 con la edición aplicable de B446 |
| Alloy 20 | UNS N08020, barra según ASTM B473 | Ácido sulfúrico diluido, sin cloruros en un medio oxidante | Cloruro férrico, entrada de ácido nítrico o cloruros calientes fuera de su ámbito de aplicación validado |
La dilatación térmica merece una comprobación cuantificada cuando un espárrago de C-22 se monta en un cuerpo de otro metal. La página de Haynes International sobre la aleación HASTELLOY C-22 indica un coeficiente medio de 12.4 µm/m·K entre 24–100°C, que aumenta a 13.1 µm/m·K entre 24–400°C. La página de Haynes International sobre la aleación HASTELLOY C-276 indica 11.2 µm/m·K entre 24–100°C, que aumenta a 13.1 µm/m·K entre 24–400°C. Con una longitud de sujeción de 100 mm y un aumento de 100°C, cualquiera de los dos grados se alarga aproximadamente 0.11–0.13 mm. Así, un espárrago de C-22 y la rosca de un cuerpo de C-276 se dilatan conjuntamente, y la unión conserva mejor su precarga que un conjunto mixto con un perno de elevada dilatación. Indique el metal del cuerpo junto con la aleación del espárrago, ya que la rosca del extremo del cuerpo y la resistencia al arrancamiento dependen del cuerpo, no solo del espárrago.
ASTM B574, B446 y B473 son especificaciones de barras y materiales, no de espárragos terminados. Indique en el pedido las dimensiones del espárrago terminado para uniones embridadas según ASME B16.5, el perfil de rosca y la secuencia de laminado de la rosca respecto al tratamiento térmico final. Para estos grados solubilizados no hay una etapa de envejecimiento; por ello, el pedido debe especificar el estado recocido y el perfil de rosca, como roscas laminadas UNR o UNJ, sin dejar ninguno de los dos a criterio del taller.
03 Espárragos de doble extremo: cada extremo cumple una función distinta
Un bonete de válvula de proceso suele utilizar espárragos de doble extremo, cuyos extremos cumplen funciones distintas. El extremo del cuerpo se enrosca en el cuerpo de la válvula, a menudo en un agujero roscado de un material diferente o más blando, y debe permanecer en su sitio durante el desmontaje del bonete. El extremo de la tuerca soporta la tuerca, la arandela y la carga de asentamiento de la junta, y debe permitir el desmontaje. Un espárrago con la longitud total correcta pero con una longitud de rosca en contacto inadecuada en el extremo del cuerpo parece correcto al montarlo, pero no sujeta uniformemente, o se arranca del cuerpo al desmontar el bonete.
Especifique ambos extremos en el plano:
- Acote el extremo del cuerpo: indique el perfil, la clase y la longitud útil de rosca en contacto en ese extremo. Si esta longitud es insuficiente, la unión roscada se arranca al desmontar el bonete, independientemente de lo que ocurra en el extremo de la tuerca.
- Acote el extremo de la tuerca: indique el perfil de rosca y la longitud útil de ese extremo, la longitud central de sujeción y la norma, aleación y estado de la tuerca. Una tuerca más blanda puede deformarse plásticamente bajo la carga del espárrago.
- Especifique el material del cuerpo: indique la aleación del cuerpo junto con la del espárrago, ya que la rosca del extremo del cuerpo, las condiciones galvánicas y la resistencia al arrancamiento dependen del cuerpo.
- Defina el lubricante y el método de apriete: identifique el lubricante aprobado, compruebe su compatibilidad con cualquier prohibición de cobre, grafito o haluros en la zona de proceso e indique si se utiliza apriete por par o por par y ángulo. Este último consiste en apretar hasta un par especificado y girar después la tuerca un ángulo adicional determinado; proporciona un alargamiento más repetible que el apriete solo por par cuando varía la fricción.
El gripado es el riesgo de montaje específico del bonete. Las roscas de aleaciones de níquel pueden soldarse en frío y sufrir desgarros cuando superficies de la misma aleación giran entre sí bajo carga. Las superficies roscadas se bloquean y la lectura del par deja de reflejar fielmente la precarga. La nota técnica de Bossard sobre el gripado describe la secuencia de rotura de la capa de óxido en roscas inoxidables. Aplique el mismo rigor de lubricación a las roscas de C-22 y confirme que el lubricante cumple las prohibiciones de la zona de proceso antes de confiar en él. Una combinación con tuerca propensa al gripado puede agarrotarse durante una revisión general y obligar a cortar para realizar una apertura rutinaria del bonete.
04 Carga del bonete, temperatura y conjunto recibido
Un conjunto de espárragos para bonete debe dimensionarse primero para la carga y después comprobarse frente a la corrosión, no al revés. Indique la carga del bonete, la carga de asentamiento de la junta, el círculo de pernos y el número de espárragos: un conjunto de C-22 adecuado para el medio corrosivo pero insuficiente para la carga del bonete no mantendrá la estanqueidad, y uno mayor que sí lo haga puede no caber en la válvula. Indique la temperatura del espárrago por separado de la temperatura de la corriente, ya que el espárrago en la brida del bonete puede estar más frío que el fluido de proceso, o más caliente si el aislamiento o una camisa calefactora alteran las condiciones. Especifique si el bonete está sometido a ciclos térmicos, lavado o condensados, porque una unión sometida a ciclos pierde precarga de forma distinta a una que permanece a temperatura constante.
Antes de realizar el pedido, envíe al equipo de ingeniería de BYBOLT el plano de la válvula, la carga del bonete, la descripción de la corriente y el intervalo de temperatura para su comprobación. Esta revisión permite detectar un conjunto de C-22 insuficiente para la carga del bonete, un espárrago de doble extremo cuya longitud de rosca en contacto con el cuerpo no puede sujetar el bonete o una combinación con tuerca que altera las condiciones de corrosión en rendijas o galvánicas de la unión.
A la recepción, la documentación de calidad de BYBOLT vincula cada conjunto de espárragos con su colada, su registro de solubilización y su informe de dureza del estado final. Solicite certificados EN 10204 3.1, un informe dimensional de los espárragos reales con ambos extremos acotados y un informe de PMI cuando el proyecto lo requiera. Un certificado de barra por sí solo no demuestra que el espárrago terminado y roscado cumpla el estado con el que se dimensionó el bonete.
| Qué definir antes del pedido | Por qué influye en la unión | Documento que debe solicitarse |
|---|---|---|
| Corriente oxidante: especies, cloruros y temperatura | Determina la elección entre C-22, C-276, 625 o Alloy 20 | Ficha de la corriente, con la temperatura del espárrago indicada por separado |
| Carga del bonete, círculo de pernos y número de espárragos | Un conjunto insuficientemente dimensionado no mantendrá la estanqueidad, sea cual sea la aleación | Ficha de la válvula, cálculo de carga del bonete |
| Longitud de rosca en contacto en el extremo del cuerpo y en el de la tuerca | Una longitud de rosca en contacto insuficiente en el cuerpo puede provocar el arrancamiento al desmontar el bonete | Plano con ambos extremos acotados, informe dimensional |
| Material del cuerpo y aleación, UNS y estado de la tuerca | No especificar el cuerpo o la tuerca altera los riesgos de arrancamiento, corrosión galvánica y gripado | Normas del cuerpo y de la tuerca, estados indicados en el certificado |
| Lubricante, método de apriete e intervalo entre aperturas | El gripado y el asentamiento desigual malogran una elección de aleación correcta | Lista de lubricantes aprobados, procedimiento de apriete |
| Lista de conjuntos y registros | Los conjuntos mezclados en una válvula impiden disponer de una trazabilidad auditable después de una fuga | Lista de conjuntos por posición en la válvula, certificados EN 10204 3.1 y PMI cuando se especifique |
05 Solicite una oferta con los datos del bonete, no solo con el grado
Si se está redefiniendo la especificación de un bonete de válvula de proceso, o se estudia sustituir un conjunto inoxidable corroído por uno de C-22, envíe los datos del bonete junto con las dimensiones. Una nota como «Conjunto de espárragos de doble extremo M20 de Hastelloy C-22 para un bonete de válvula de proceso, servicio oxidante con cloruros y cloruro férrico, temperatura del espárrago de 90°C, longitud de rosca en contacto con el cuerpo pendiente de confirmar con el plano» proporciona al equipo de ingeniería de BYBOLT lo necesario para comprobar la aleación, ambos extremos, la carga y la temperatura antes de ofertar. Incluso una foto de un espárrago desmontado que muestre gripado en el extremo de la tuerca o picaduras bajo la arandela ayuda a determinar si el último fallo se debió a la carga, al gripado o a la corrosión en rendijas.
Esa nota, acompañada del plano cuando exista, basta para que el equipo empiece: resolverá con usted los datos pendientes de carga, temperatura y longitud de rosca en contacto y, después, ofertará un lote pequeño o un conjunto completo con trazabilidad EN 10204 3.1.