Capítulo 1
Armado de tuberías
La instalación de tuberías es el medio utilizado en el transporte de los sólidos, líquidos y gases, para realizar procesos industriales diversos en los que se consiguen canalizar los productos hasta el lugar de consumo, o como medio de transmisión de otros tipos de energía mecánica o calorífica.
En el armado de las tuberías, la identificación de las diversas partes de que consta una instalación es muy importante para realizar los trabajos de manera ordenada, rápida y económica, considerándose esencial en el lenguaje de la industria en general.
Las técnicas de atornillado de tuberías incluyen el conocimiento de los tipos de elementos roscados y su representación, que permiten conocer las distintas formas de unión de los tubos y sus accesorios a la red general, en las que se utilizan herramientas manuales o automáticas que proporcionan comodidad, rapidez y seguridad en el trabajo.
La soldadura, muy extendida en la actualidad, proporciona estanqueidad en las instalaciones industriales, con lo que se consigue una flexibilidad en el armado y montaje de las tuberías. La preparación de las superficies a soldar es del todo fundamental para conseguir un correcto acabado que servirá para la posterior protección de los tramos de que consta.
En las instalaciones de tubería industrial, aparecen accesorios de regulación y control de los fluidos o sólidos que se transportan, así como elementos auxiliares que ayudan al montaje definitivo de las tuberías en la obra. Su conocimiento y correcta utilización es fundamental para la interpretación de los planos de armado de tuberías.
En las instalaciones industriales de tuberías se necesita conocer unos conceptos básicos y fundamentales, para poder identificar los distintos elementos que las componen.
Se puede hablar de tubería o conducto indistintamente cuando se hace referencia al lugar por donde se transportan los productos, ya sean sólidos, líquidos, gaseosos, o incluso mezclas de ellos como en el transporte neumático de producto sólido con aire.
En general, el nombre de tubería se le asigna a aquel que tiene sección circular y que transporta generalmente líquido o gas a presión, dejando el nombre de conducto o canal a aquel que tiene forma cuadrada o rectangular y que transporta productos gaseosos o sólidos.
Recuerde
La identificación de las diversas partes de que consta una instalación es muy importante para realizar los trabajos de manera ordenada, rápida y económica.
Tubo: es solo uno de los elementos que forman parte de la instalación de tuberías, y se caracteriza por ser recto y tener la dimensión longitudinal mucho mayor a las otras dos que definen su sección, ya sea rectangular o circular.
Codo: es un elemento que se caracteriza por ser curvado, y varía en su amplitud de radio de curvatura, ayudando en la instalación a adaptarse a las características constructivas del edificio, o a los recorridos, entradas y salidas de los elementos incluidos en la instalación.
Unión de tubos: por medio de injertos perpendiculares o angulares, que reúnen o distribuyen los productos a lo largo de la línea de transporte.
Válvula: es el nombre genérico que se da a cualquier elemento encargado de la regulación del producto que circula por el interior de los tubos, y se pueden encontrar diversos tipos. Se describirán más adelante.
Brida: es el elemento intermedio que se utiliza como unión de tubos, válvulas y codos. Puede utilizarse o no, siempre depende del tipo de producto y de las características de transporte, por el interior de las tuberías.
Además existen otros elementos que se detallarán más adelante cuando se hable de los accesorios característicos en las instalaciones de tuberías industriales.
Sabía que...
Cuando el líquido transportado en la tubería es petróleo, se utiliza la denominación específica de oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza la denominación específica de gasoducto.
Se pueden encontrar en la industria muchos tipos de instalaciones que utilizan tuberías para el transporte de líquidos, gases y sólidos. Se enumeran las principales.
Productos líquidos
Productos gaseosos
Productos sólidos
Cada uno de los tipos de instalaciones industriales se encontrará especificado en la documentación técnica según la aplicación y el material de que se trate.
En la definición de las tuberías, en la práctica se emplea el diámetro exterior para la identificación del elemento en el almacén y en la obra al poder tomar, de forma más sencilla, sus dimensiones mediante instrumentos de medición.
Recuerde
Se le denomina tubería cuando tiene sección circular y transporta generalmente líquido o gas a presión; y conducto o canal cuando tiene forma cuadrada o rectangular y transporta productos gaseosos o sólidos.
De esta manera, el espesor que corresponde a cada tipo de tubería estará en función del fluido (líquido o gaseoso) o del sólido que transporta, las condiciones de presión y la velocidad que se quiera tener para su transporte, restándose ese espesor de la dimensión exterior. También se puede emplear el diámetro interior real útil de la tubería, pero no es tan habitual.
En el mercado de la industria, las dimensiones de los tubos y sus accesorios se pueden encontrar, de manera más habitual, en pulgadas, con la correspondiente equivalencia en milímetros.
Se tienen:
| 1/2” → 12,7 mm | 3/4” → 19,05 mm | 1” → 25,4 mm |
| 11/4” → 31,75 mm | 11/2” → 38,10 mm | 2” → 50,8 mm |
| 21/2” → 63,5 mm | 3”→ 76,2 mm | 31/2” → 88,9 mm |
| 4” → 101,6 mm | 5” → 127,0 mm | 6” → 152,4 mm |
| 8” → 203,2 mm | 10” → 254,0 mm | 12” → 304,8 mm |
| 14”→ 355,6 mm | 16” → 406,4 mm | 18” → 457,2 mm |
| 20”→ 508,0 mm | 24” → 609,6 mm |
En cuanto a las longitudes de los tubos rectos, estos están limitados por el medio de transporte que se utilice, variando las dimensiones desde los 4 hasta los 8 m, siendo la dimensión más habitual la de los 6 m.
Importante
La longitud más habitual de los tubos rectos es de 6 m.
El material de construcción más habitual de las tuberías es el acero, aunque también, debido al avance de la técnica, los polímeros (plásticos) han encontrado grandes aplicaciones en la industria mecánica, proporcionando ligereza y rapidez de montaje de las instalaciones, estando limitados en cuanto a las temperaturas del material que se canalice dentro de las tuberías.
Sabía que...
Actualmente el PVC está prohibido en algunos países o su aplicación ha sido limitada por considerarse que provoca efectos contaminantes para el ser humano y el entorno.
La chapa plegada de acero es la forma más habitual para la construcción de tubería de acero, que será soldada en línea o en forma helicoidal en toda su longitud. También se utilizan las tuberías sin soldadura formadas por extrusión y perforación de un redondo macizo laminado.
El acabado de chapa negra se revestirá de un elemento protector para evitar las oxidaciones y corrosiones, siendo el galvanizado el protector que se emplea en el acero que transporta agua potable o aire de instrumentación.
Los extremos de los tubos están construidos de diferentes formas, atendiendo a su utilización posterior. Así, pueden distinguirse:
No se utiliza un tipo de unión por excelencia, ya que la diversidad de instalaciones, productos a transportar y materiales de construcción utilizados no permiten la unificación industrial en las uniones de continuidad de las instalaciones.
Recuerde
El material de construcción más habitual de las tuberías es el acero, aunque también se utilizan los polímeros (plásticos), teniendo en cuenta las limitaciones que tiene este material cuando se dan altas temperaturas.
Las técnicas de armado de las tuberías se describen a continuación, junto con los accesorios y los medios auxiliares que se utilizan en su armado antes del montaje e instalación.
Aplicación práctica
Le llegó del cliente el plano en perspectiva del montaje de unos tramos de tuberías a instalar en la obra. Debe identificar los elementos de que consta la instalación, para realizar el plano de armado.
Indique el nombre de los elementos, como paso previo a la organización de los materiales a montar.
SOLUCIÓN
Las tuberías, para asegurar la continuidad del fluido o del sólido que se encuentra en su interior, deben tener uniones en sus extremos, para además poder incluir en sus recorridos elementos de regulación y uniones de recorridos secundarios.
De esta forma, los extremos de los tubos deben disponer de unos elementos que permitan el montaje y desmontaje, que estarán en función del nivel de estanqueidad que se requiera con el producto que se transporta.
El estudio de las roscas se considera de gran importancia, ya que de ellas depende mucho el avance que se ha conseguido en la industria en general, gracias a la posibilidad de ensamblar diferentes elementos que formarán parte de la instalación industrial. Favorecen asimismo la posibilidad de intercambio de piezas que por su función y el esfuerzo al que están sometidas pueden sufrir desgastes prematuros antes que otras piezas con otra función de soporte.
Recuerde
Los extremos de los tubos, atendiendo a su utilización posterior, pueden presentar diferentes formas: extremo roscado, extremo biselado o extremo plano (soldadura a enchufe).
La eventual inclusión de elementos como válvulas en los recorridos de las instalaciones es una actividad que se realiza en muchas ocasiones, así como las posibles ampliaciones de recorridos. Esto se soluciona de manera sencilla con las uniones desmontables roscadas.
Los elementos más característicos en las uniones desmontables son el tornillo y la tuerca.
Elementos de la rosca
La rosca es una hélice formada alrededor de un cilindro, que se genera de forma uniforme y continua. Puede ser exterior (tornillo) o interior (tuerca). Se pueden tener hélices a derecha (sentido de las agujas del reloj) y a izquierda, aunque estas últimas son mucho menos utilizadas.
Los elementos característicos de la rosca son:
El paso “P”
Será la distancia entre dos filetes consecutivos y será igual al avance “a” en la rosca de una entrada. Se definen también el diámetro exterior, interior, medio y nominal que suele ser siempre el mayor (exterior). La forma y profundidad del filete es lo que determina las diferencias entre los tipos de roscas.
Rosca Métrica-DIN (Sistema Internacional)
La rosca Métrica-DIN se caracteriza por tener un ángulo de 60° entre los flancos, cresta achaflanada y fondo redondeado. Existe juego de fondo. Todas las medidas se dan en milímetros. Se indica el diámetro exterior. Es la más utilizada en los elementos de unión por medio de bridas (tornillo y tuerca).
Rosca Whitworth
Se caracteriza por tener un ángulo de 55° entre los flancos, cresta y fondo redondeados. No existe juego de fondo. Los diámetros y el paso se expresan en pulgadas, pero se suele utilizar el número de filetes que existe por cada pulgada.
Roscas de tubo y gas
La rosca de tubo es un tipo particular de las roscas Whitworth, de paso fino.
Denominación rosca de Tubo → R 1”
La rosca de gas es un tipo particular de la rosca Métrica-DIN, de paso fino.
Recuerde
Llamamos paso a la distancia entre dos filetes consecutivos .
Aplicación práctica
Usted, miembro de un equipo de instaladores de tuberías industriales, recibe la orden de identificar el calibre de la rosca de las tuercas que debe montar, para realizar un pedido al proveedor. Dispone de una tuerca de muestra, que quedó de un montaje anterior.
Describa los pasos a seguir en la identificación de la rosca de la tuerca a montar en las uniones de las bridas de las tuberías, y realice el pedido.
SOLUCIÓN
El tipo de rosca que tiene la tuerca de fijación se debe averiguar mediante el juego de galgas de roscas que se tiene como herramienta de verificación.
Se coloca la galga con los dientes directamente sobre el roscado de la tuerca, comprobando cuál de ellos se adapta perfectamente, comprobando el ajuste mediante el giro de la tuerca, manteniendo fija la galga. Debe entrar en el filete perfectamente y no debe existir salto en el desplazamiento.
Se procede a realizar el pedido al proveedor con el tipo de rosca que está indicado en la galga.
64 × Rosca ISO → M 20
Para representar gráficamente los elementos roscados existen unas normas que facilitan la identificación de las roscas en los dibujos técnicos. Están recogidas en la norma UNE-EN ISO 6410-3:1996 referente a los dibujos técnicos: roscas y piezas roscadas, y su representación simplificada, publicada en el BOE el día 30 de diciembre de 1996.
Recuerde
La forma y profundidad del filete es lo que determina las diferencias entre los tipos de roscas.
Hay que tener en cuenta que, en la rosca, la cresta del tornillo es el fondo de la tuerca, y el fondo del tornillo es la cresta de la tuerca.
En el caso de la rosca exterior (tornillo), se dibujan dos líneas continuas, la exterior (crestas) de trazo grueso y la interior (fondos) de trazo fino. El tornillo, al ser un vástago, no se corta, por lo tanto siempre se dibuja lleno. En planta, el fondo de la rosca (dimensión menor) se realizará con trazo fino y cortado en un cuarto de la circunferencia. Para el diámetro mayor (cresta) se dibujará toda la circunferencia discontinua de trazo medio cuando sea oculto, y en trazo continuo grueso cuando sea visto.
En el caso de la rosca interior (tuerca), se utilizan dos líneas discontinuas de trazo medio. La tuerca, al ser hueca, sí se puede cortar. En este caso se dibujan dos líneas continuas, la exterior (fondos) de trazo fino y la interior (crestas) de trazo grueso, rayado hasta las crestas de la rosca. En planta, el fondo de la rosca (dimensión mayor) se realizará con trazo fino y cortado en un cuarto del círculo. Para el diámetro menor se dibujará toda la circunferencia en trazo grueso.
Cuando se han de dibujar los dos elementos unidos, siempre prevalecen los trazos del tornillo, como se indica en las figuras siguientes.
Existen diferentes formas para resolver la unión roscada desmontable de los extremos de los tubos y elementos constituyentes de las instalaciones de tubería industrial.
Uno de ellos es mediante un manguito roscado hembra que une los extremos macho de dos tubos. Esta manera de unión se ha de realizar de forma que la estanqueidad quede asegurada, utilizando selladores localizados en las roscas.
Manguitos de unión roscados
Definición
Terraja
Herramienta que se utiliza en la realización de las roscas macho de los tubos.
La terraja se utiliza en diámetros pequeños o medios. En las uniones de tubos con diámetros de dimensiones considerables, o cuando el producto transportado requiera una estanqueidad elevada, se utilizan las bridas, que se unen a los extremos de los tubos.
Diferentes tipos de bridas
Por medio de las bridas, se pueden realizar uniones desmontables en los extremos de los elementos de las instalaciones de tuberías industriales. El espárrago roscado junto con las tuercas aseguran la unión, y la junta elástica entre las caras de las bridas permite la absorción de las irregularidades de mecanizado de estas.
Existen combinaciones de tornillo-arandela-tuerca, dependiendo del tipo de unión que se necesite según el proyecto de ingeniería.
Recuerde
La terraja es utilizada para diámetros pequeños o medios.
En las uniones de tubos con diámetros de dimensiones considerables, o cuando el producto transportado requiera un estanqueidad elevada, se utilizan las bridas.
Aplicación práctica
Usted se encuentra en el taller realizando el armado de unos tramos de tuberías que se unen por medio de bridas atornilladas. Los elementos de unión son tornillos y tuercas normalizadas. Debe buscar en las normas estos elementos para los taladros de las bridas que son de diámetro 14 mm. Identifíquelos en las normas y realice el pedido.
SOLUCIÓN
Para los taladros de diámetro 14 mm que tienen las bridas a unir, habrá que elegir unos tornillos y tuercas que se adapten.
Se buscan en las normas el tipo de tornillo y tuerca para realizar el pedido.
TORNILLO DE MÉTRICA 12
Norma → DIN 931 → Longitud roscada = 30 mm
TUERCA DE MÉTRICA 12
Norma → DIN 934 → Longitud roscada = 10 mm
Sistemas de unión roscada empleados
Roscados
Se pueden encontrar los extremos roscados en el tubo (macho) y en la brida (hembra) en la preparación previa de los elementos a unir.
Recuerde
Según la forma y profundidad del filete existen diversos tipos de roscas: rosca Métrica-DIN, rosca Whitworth, rosca de tubo y rosca de gas.
De tubo con pestaña
En tuberías de poco espesor, se puede realizar un plegado del extremo en forma de pestaña una vez introducida la brida de unión, para conseguir la continuidad.
Encaramientos de bridas
Para la unión desmontable mediante elementos roscados con la combinación de tornillo - arandela - tuerca - varilla roscada - perno roscado, se utilizan en muchas ocasiones elementos elásticos llamados juntas, construidas de materiales poliméricos (goma, caucho, neopreno), que absorben las eventuales irregularidades en las caras de las bridas de unión.
Tipos de unión con juntas
De cara plana
En muchas ocasiones se utilizan bridas planas en una de sus caras, debiendo incluir una junta con los taladros para realizar las uniones mediante tornillos o pernos roscados.
De cara con resalte
Cuando se tienen estas bridas, la junta solo se utiliza en una pequeña corona, economizándose el material. No posee tanta seguridad como la anterior, pero también se consiguen buenas uniones.
Definición
Brida
Elemento que une dos componentes de un sistema de tuberías, permitiendo ser desmontado sin operaciones destructivas, gracias a una circunferencia de agujeros a través de los cuales se montan pernos de unión.
De cara para junta interna
Una combinación de las otras anteriores es la unión de las bridas mediante una junta tórica que consigue un acercamiento entre las caras de las bridas, y una mínima elasticidad en la unión final.
Para tubo rebordeado
Cuando se realiza el reborde o pestaña del extremo del tubo, se puede incluir una junta de anillo que permite un correcto encaramiento anterior a la unión final bridada.
Cuando no se utilicen juntas elásticas, las bridas en su encaramiento se pueden resolver mediante acoplamientos preparados o mediante elementos que realizan la unión de forma transversal a la unión.
Macho-hembra
Mediante bridas mecanizadas que permiten la unión previa al atornillado.
Encaje anular
Bridas mecanizadas en las caras que permiten el acople previo, con un anillo adecuado, para un posterior atornillado de estas.
Macho-hembra sencillo roscado
Se trata de una combinación de las anteriores, incluyendo además el roscado de tubo/elemento con la brida de unión. Es una unión de seguridad, y por tanto de elevada mecanización y coste.
Nota
Según los tipos de encaramientos de bridas se pueden dar diferentes tipos de unión con juntas: de cara plana, de cara con resalte, de cara para junta interna, para tubo rebordeado, macho-hembra, encaje anular, macho-hembra sencillo roscado y unión de pestaña macho-hembra.
Unión de pestaña macho-hembra
En las uniones de tubos que transportan productos sólidos, se pueden utilizar unas abrazaderas que realizan el apriete mediante una combinación tornillo-tuerca, de manera transversal a la tubería de transporte.
Herramientas y operaciones de atornillado
Existen herramientas manuales y automáticas que se emplean para el atornillado de los elementos roscados en la unión de las bridas de extremos de tubos.
Las herramientas clásicas manuales se describen a continuación.
Llaves calibradas
Están formadas por una o dos bocas que se adaptan a la forma de la cabeza del elemento de unión. Se gira la llave, obteniendo desplazamientos (avance o retroceso) en el elemento roscado. Pueden utilizarse para tornillos y tuercas, o elementos roscados que tengan la cabeza adaptada a la llave. Las diferentes variedades dependen de la forma de la cabeza. El apriete se realiza girando la llave de manera perpendicular al tornillo o tuerca.
Llave fija
Es abierta y se emplea para elementos con cabeza hexagonal, con el inconveniente de agarrar solo dos de las caras y tener que quitarla, desplazarla y ponerla, en cada avance.
Llave de estrella
Es más segura que la plana al ser cerrada. Tiene seis o doce muescas que se pueden fijar a la cabeza hexagonal.
Recuerde
No modificar los brazos de palanca de las llaves con la idea de conseguir mayor fuerza en el montaje o desmontaje de los elementos de unión.
Llave mixta
Combinados los dos tipos anteriores de manera que el acceso a tornillos y tuercas se realiza con mayor facilidad en un caso o en el otro.
Llave de tubo
Se trata de una llave doble. Una de las bocas se introduce en el elemento a montar o desmontar, realizando el apriete de manera axial. Se gira mediante un pasador introducido en el taladro que tiene, consiguiendo un buen brazo de palanca. Utilizado para elementos de difícil acceso.
Llave de vaso
Es una llave corta de tubo que se acopla a una herramienta eléctrica o neumática, o manualmente por medio de un brazo para realizar la palanca.
Llave de carraca
Dispone de un trinquete, muy útil para realizar el apriete del elemento, ya que actúa en una dirección al no permitir el giro, permitiendo el retroceso de la llave en el otro sentido. Se acopla a la llave de tubo para realizar trabajos con más comodidad.
Llave de pipa
Tiene esta forma para conseguir el fácil acceso a lugares complicados. Es la combinación de llaves de tubo y de vaso. Se transforma el apriete de la dirección axial del elemento en dirección tangencial. Los trabajos se realizan con mayor facilidad.
Llave de racor
Es abierta, combinando las características de la llave plana y la llave de estrella. Tiene las ventajas e inconvenientes de las dos.
Llave de mango articulado
Dispone de una articulación del tipo cardán, con el que se consiguen posturas que se adaptan a lugares de muy difícil acceso. También se acopla normalmente a la llave de vaso.
Llaves ajustables
Tienen una sola boca, un mango y un tornillo sin fin regulable. Se adaptan al tamaño del elemento a roscar de manera que no hay que tener un juego amplio de calibres para cada tamaño del tornillo o la tuerca. De la misma manera que en las llaves calibradas, se obtienen avances o retrocesos en el elemento roscado cuando se giran.
Recuerde
Dependiendo de la forma de la cabeza del elemento roscado, hay diferentes tipos de llaves calibradas: fija, de estrella, mixta, de tubo, de vaso, de carraca, de pipa, de racor, de mango articulado.
Llave inglesa
El tornillo sin fin permite la abertura y cierre de la boca, adaptán-dose al tamaño de los diferentes calibres que se tengan que apretar o aflojar. Es muy útil, evitando tener que cargar con amplísimos juegos de llaves calibradas para cada tipo de boca.
Llave ajustable
También dispone de un tornillo sin fin, pero la boca tiene unas mordazas que realizan aprietes normalmente en superficies cilíndricas como tubos. También llamada “llave grifa”, se utiliza mucho en los montajes de fontanería y de gas.
Llave de tornillo
Es en realidad una llave inglesa, pero que dispone además de un tornillo de fijación.
A continuación se van a describir cuáles son las técnicas de atornillado empleadas en conformado y armado de tuberías. Estas pueden ser manuales o mecánicas.
Operaciones de atornillado manual
La unión más clásica entre piezas se realiza mediante tornillo o perno, arandela y tuerca, en la que las piezas a unir pueden estar o no roscadas. La arandela proporciona a la unión una gran resistencia, ya que absorbe los posibles movimientos que se puedan producir en el montaje o la presión interior que se produce en las tuberías.
Importante
La unión más clásica entre piezas se realiza mediante tornillo o perno, arandela y tuerca, en la que las piezas a unir pueden estar o no roscadas.
Para realizar el atornillado o desatornillado del elemento de unión se debe colocar la cabeza de la herramienta en la cabeza del elemento roscado, realizando el giro de la llave alrededor del tornillo o tuerca. Se obtienen desplazamientos lineales de avance o de retroceso en el elemento roscado, dependiendo de si se realiza el giro a derechas o a izquierdas.
Aplicación práctica
En una empresa se terminan de montar en un taller los tramos de tubos armados para enviarlos al siguiente departamento. Previamente se realizará la revisión y verificación final sobre camión antes de ser enviados a la obra.
Así que se procederá a realizar un listado de las acciones que se deben realizar sobre los elementos de unión roscada, antes de que el material abandone su puesto de trabajo.
La conveniente fuerza con la que las uniones de elementos roscados están realizadas se debe comprobar con la llave dinamométrica.
SOLUCIÓN
Los pasos a seguir para la comprobación serán:
Operaciones de atornillado mecánico
Con el desarrollo de la industria, en la actualidad existen herramientas hidráulicas que permiten un trabajo más cómodo y rápido en la realización de montajes y desmontajes de tuberías industriales de gran diámetro.
Recuerde
En las llaves calibradas, el apriete se realiza girando la llave de manera perpendicular al tornillo o tuerca.
Estas realizan los aprietes de los elementos de unión de las bridas de manera eficiente, consiguiendo una alta calidad en el trabajo realizado.
Llave hidráulica de apriete
También los separadores de cuña que utilizan la fuerza hidráulica o mecánica (brazo de palanca) están muy indicados en los trabajos de separación de bridas, montajes y desmontajes de elementos.
Recuerde
Dentro de las llaves ajustables, hay diferentes tipos: llave inglesa, llave ajustable o llave grifa, y llave de tornillo.
Separadores de cuña para bridas
De la misma manera, existen llaves dinamométricas que se colocan en las cabezas de los tornillos y tuercas a comprobar, que utilizan la fuerza hidráulica en su trabajo.
Llave dinamométrica hidráulica
En las instalaciones de tuberías, para asegurar la continuidad del fluido o del sólido que se encuentra en su interior, se deben realizar uniones en sus extremos, para además poder incluir en sus recorridos elementos de regulación y uniones de recorridos secundarios.
Los extremos de los tubos y otros elementos deben tener una preparación previa para poder realizar la técnica de soldeo adecuada, que asegure la función de estanqueidad que se requiere con el producto que se transporta.
La soldadura es el método de unión fija más empleado actualmente, y ha sustituido a otros métodos de unión; incluso, gracias a ella, a grandes piezas que se realizaban tradicionalmente de fundición como las bancadas de las máquinas.
Definición
Soldadura
Consiste en calentar las piezas a unir hasta el punto en que los componentes se hacen uno, ayudando mediante la aportación de un material compatible con las piezas.
En las instalaciones de tubería industrial, con la unión de las diferentes partes, se consigue resistencia, ligereza y rapidez en la realización del conjunto final.
De esta manera se puede tener una primera clasificación general de los procedimientos empleados para las uniones soldadas:
Sabía que...
En este tipo de soldadura, para lograr una fusión rápida (y evitar que el calor se propague), se utiliza un soplete que combina oxígeno (como comburente) y acetileno (como combustible). La mezcla se produce con un pico con un agujero central del que sale acetileno, rodeado de 4 o más agujeros por donde sale el oxígeno.
La capacidad mecánica de la soldadura es variable, ya que se produce de distinta manera según la zona donde se analice. Cerca del cordón existen deformaciones en el elemento debido al calor, disminuyendo conforme se aleja de la zona soldada.
Las uniones soldadas, dependiendo de la forma de unión de las piezas que forman las instalaciones de tuberías, se pueden presentar de tres maneras:
La preparación de las superficies a soldar es una actividad esencial para el buen funcionamiento de la soldadura que se realice. Existen preparaciones en “V”, en “H”, en “K”.
En la soldadura eléctrica por arco, el electrodo es el elemento que sirve de “unión teórica” entre los elementos a soldar, permitiendo el paso de las cargas eléctricas y la fusión de las piezas a unir. El recubrimiento es importante, ya que sirve para evitar la oxidación del acero y como material de aportación.
Recuerde
Dependiendo de la forma de unión de las piezas que forman las instalaciones de tuberías, las uniones soldadas pueden ser: unión a tope, unión en ángulo o unión a solape.
En principio, es esencial conocer en general las diferencias fundamentales entre los tipos de soldadura para poder clasificarlas.
Con metal de aportación (oxigás y eléctrica por arco)
En los dos tipos de soldadura se calientan las superficies, efectuando un aporte de material que hace de unión entre las piezas.
La forma de aportar es distinta. En el caso de la soldadura oxigás (oxiacetilénica), se realiza mediante una varilla de material compatible mientras se calientan las superficies con una mezcla de oxígeno y acetileno que mantiene la llama encendida. En el caso de la soldadura eléctrica por arco es el mismo electrodo, que hace de puente para formar el arco, el que se funde, aportando material a la unión.
Sin metal de aportación (por puntos)
Se realiza haciendo pasar electricidad a mucha intensidad por los extremos de las pinzas, fundiéndose las piezas a unir en el punto donde se ha realizado el pinzamiento. El efecto Joule se aplica, además de industrialmente en la soldadura, en el funcionamiento de los electrodomésticos como los hornos, tostadoras y calefacciones eléctricas, por medio del calor que emite la resistencia del aparato.
Nota
El movimiento de los electrones en un cable es desordenado; esto provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable. Es lo que se conoce como “efecto Joule”.
La Ley de Joule relaciona la intensidad (I) de la corriente, la resistencia (R) y el tiempo (t) durante el cual el circuito está cerrado. Se calcula con ella el calor que se desprende en un circuito.
En la fabricación industrial, en los tubos que se construyen curvando la chapa en forma circular, la soldadura se realiza de manera continua en la dirección longitudinal del tubo.
La soldadura por puntos se aplica también en montajes de elementos de automoción, realizándose de manera veloz, con lo que se consigue una gran seguridad y acabado.
Sabía que...
Generalmente se destina a la soldadura de chapas o láminas metálicas, aplicable normalmente entre 0,5 mm y 3 mm de espesor.
En estos métodos de unión, aunque se realicen mediante máquinas, siempre existen defectos que hacen que la soldadura quede mejor o peor terminada. Pueden aparecer desde empalmes y remates mal realizados o en defectuosas condiciones, hasta mordeduras y entalladuras, pasando por una falta de adherencia y penetración por parte del material de aportación utilizado. La porosidad y las inclusiones de escoria completan los defectos característicos que pueden aparecer.
Siempre la mano experta del personal que los realiza influye positivamente en el acabado adecuado que se debe conseguir.
Sabía que...
Las actuales técnicas de radiografiado de soldaduras aportan mucha visión para detectar los defectos que pueden aparecer a nivel microestructural.
La característica fundamental que tienen las uniones realizadas por soldadura es que no son desmontables (las uniones atornilladas sí), de manera que se consigue la continuidad y estanqueidad de las piezas que se unen.
Su utilización está muy extendida, tanto en la realización de uniones a tope de tramos rectos y curvos, como en los injertos de unión o diversificación de líneas de transporte.
Sistemas de unión soldada empleados
Anteriormente se describieron las formas de unión con elementos atornillados exclusivamente. En la unión de los tubos a las bridas que se atornillarán, se utiliza la soldadura para fijar estos elementos, como paso previo al armado de los diferentes tramos y elementos auxiliares de las instalaciones de tubería industrial.
Dependiendo del acabado en los extremos de los tubos o accesorios y otros elementos a soldar, se pueden encontrar:
De extremo plano
Las caras de bridas se encuentran en contacto, realizándose la soldadura en la parte exterior, normalmente en un reborde que tiene la brida por construcción. Eventualmente se puede colocar una junta elástica en el anillo de unión entre bridas.
De enchufe y soldadura
La brida dispone de un rebaje donde se centra el tubo, realizándose de igual manera la soldadura en la parte exterior, en toda la longitud del reborde de la brida.
Deslizante
Se realizan dos soldaduras, una externa como anteriormente, y otra interna de seguridad, manteniendo un anillo libre en el agujero de la brida.
De cuello para soldar a tope
En este tipo, se mantienen uniformes los diámetros interiores del tubo y de la brida, realizándose la soldadura a tope en un cuello que tiene la brida.
Recuerde
Siempre la mano experta del personal que realiza la soldadura influye positivamente en el acabado adecuado que se debe conseguir.
Brida loca
En uniones que se realizan con extremos de tubos con pestaña, se utiliza un elemento llamado valona, que hace de pieza intermedia para la unión soldada al tubo, y como tope donde se puede desplazar la brida llamada loca. Esta está libre hasta que se realice la unión con elementos roscados.
Brida ciega
Se atornilla al final de un tramo, tapando el canal de transporte (tubería). Su eventual desmontaje se realiza para una limpieza y mantenimiento en la instalación.
Unión soldada a tope sin bridas
En las uniones que requieren estanqueidad, la soldadura es el método más empleado en el armado de tubería industrial, pero además existen en la actualidad pegamentos con los que se consiguen uniones muy potentes.
Importante
En las soldaduras a tope, la preparación de las superficies es absolutamente fundamental para conseguir una buena soldadura.
Dependiendo del espesor de la chapa a soldar, se pueden presentar cinco tipos de preparaciones, según la norma de obligado cumplimiento DIN 2559 para chaflanes de soldadura.
| Símbolo | Dimensiones | |
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e hasta 3mm: b de 0 a 3mm |
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e de 3 a 16mm: b de 0 a 4mm β aproximadamente 60° |
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e 12mm o más: b de 0 a 3mm c: 2mm β aproximadamente 10° |
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e 12mm o más: b de 0 a 4mm c: aproximadamente 4mm α aproximadamente 10° β aproximadamente 30° |
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e 16mm o más: b de 0 a 2mm c: aproximadamente 6mm α aproximadamente 6° β aproximadamente 35° |
Tanto en la unión del tubo en su dirección circular como en los injertos de tubos se realizará la soldadura alrededor de todo para asegurar la estanqueidad de la tubería. Los rebordes de más asegurarán la perfecta unión de las partes soldadas.
Herramientas y operaciones de soldeo
La herramienta de soldeo que se utiliza en la soldadura eléctrica por arco es la soldadora, en la que se reduce el voltaje de la corriente eléctrica, aumentando la intensidad, consiguiendo una fusión del electrodo por calor.
El esquema básico de las operaciones de soldeo está expresado en la imagen, en la que se cierra el circuito eléctrico desde el electrodo y la pinza, con el arco eléctrico que hace que se funda y aporte material a la superficie preparada de la pieza.
Sabía que...
No todos los metales son adecuados para la soldadura, y no todos los metales de relleno trabajan bien con materiales base aceptables.
A continuación se van a describir las operaciones básicas para el soldeo de las tuberías:
Sabía que...
La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión.
Las instalaciones de tubería industrial están compuestas por llaves y válvulas que regulan y diversifican los productos que se transportan, armándose mediante elementos de unión y auxiliares que ayudan en el montaje y disposición de las diferentes líneas de que consta una instalación.
Se pueden encontrar diferentes elementos que ayudan al armado e instalación de las tuberías, y teniendo en cuenta la variedad, características y formas, se describen los más genéricos e importantes.
Tipos de válvulas
En las instalaciones se encuentran repartidos unos elementos fundamentales llamados válvulas que realizan las funciones de corte, aislamiento, regulación y seguridad para el transporte del fluido (líquido o gas) con el que se está trabajando.
La identificación de cada uno de los tipos de válvulas, de manera general, servirá para conocer el funcionamiento de la instalación, aunque se debe centrar el estudio en el armado de estos elementos dentro del conjunto.
Una clasificación de las válvulas, dependiendo del trabajo que son capaces de realizar, será:
| Trabajo | Tipo |
| Interrupción | De compuerta De bola De macho De mariposa |
| Regulación | De asiento o globo De husillo en “Y” De aguja o punzón De diafragma De manguito elástico |
| Retención | De clapeta De pistón De bola De disco ascendente De platillos |
Válvulas interruptoras
Realizan el corte del fluido de la instalación, siendo su trabajo de forma “todo o nada”, dejando pasar o interrumpiendo totalmente el flujo.
Pueden ser de diferentes tipos:
Válvula interruptora de compuerta
Es la más simple. Dispone de una compuerta que corta totalmente o deja pasar el fluido a través de la tubería. Su funcionamiento es muy básico, y se puede utilizar eventualmente como reguladora de flujo cuando no se dispone de otro tipo de válvula reguladora.
Válvula interruptora de bola
Esta válvula tiene una bola con un taladro igual al diámetro de la tubería. No regula el flujo ya que deja pasar el fluido totalmente cuando está abierta, cortando también totalmente cuando está cerrada. El corte es más suave que la anterior de compuerta.
Válvula interruptora de bola
Recuerde
Las válvulas son unos elementos fundamentales que realizan las funciones de corte, aislamiento, regulación y seguridad para el transporte del fluido (líquido o gas) con el que se está trabajando.
Válvula interruptora de macho
Es similar a la de bola, pero dispone de un cilindro con el taladro de la tubería. El corte es menos suave que en la válvula de bola. El paso del fluido es todo-nada, como las anteriores.
Interruptora de mariposa
La pieza de corte es circular. Gira verticalmente, dejando pasar o cortando el fluido. Se produce alguna pérdida de carga al estar la “mariposa” colocada de perfil.
Válvulas reguladoras
Realizan la regulación del fluido de la instalación, dejando pasar un porcentaje determinado, dependiendo de la necesidad de cantidad o de presión requerida. También se pueden utilizar como válvulas interruptoras, aunque este no es su trabajo fundamental.
Existen diferentes tipos:
Válvula reguladora de asiento o globo
El desplazamiento vertical de la pieza hace que se pueda regular el paso, consiguiendo aumentar o disminuir el flujo o la presión del fluido que se transporta. Puede cerrar o abrir totalmente el paso.
Válvula reguladora de husillo en “Y”
Es un caso particular de la anterior válvula de asiento, pero con la ventaja de ocupar menos espacio y conseguir una mayor finura en la regulación, evitando la pérdida de carga o presión en el fluido debido a que este no debe realizar un recorrido enrevesado.
Válvula reguladora de aguja o punzón
De la misma forma que en la válvula de asiento, regula el paso del fluido pero de manera más suave al tratarse de una pieza cónica.
Recuerde
Dentro de las válvulas interruptoras, se distinguen varios tipos: de compuerta, de bola, de macho y de mariposa.
Válvula reguladora de diafragma
Esta válvula dispone de una pieza elástica que regula de manera más suave el paso del fluido, estrangulando el flujo o cerrando total-mente el paso.
Válvula reguladora de manguito elástico
Trabaja de la misma forma que la anterior. Tiene un manguito elástico en todo el paso por la válvula, que sirve para regular el flujo del fluido.
Válvulas retentoras
Realizan la función de impedir que el fluido cambie de sentido de circulación por defectos en la instalación. Disponen de un elemento característico que evita el retroceso de manera automática.
Existen los siguientes tipos de válvulas retentoras:
Válvula retentora de clapeta
La clapeta bascula cuando el fluido pasa en un sentido, cerrándose si este circula en el sentido contrario.
Válvula retentora de pistón
El pistón sube libre cuando el fluido pasa en un sentido, descendiendo por su propio peso cuando circula en el sentido contrario.
Recuerde
Las válvulas reguladoras pueden ser: de asiento o globo, de husillo en “Y”, de aguja o punzón, de diafragma y de manguito elástico.
Válvula retentora de bola
De la misma manera, se eleva la bola en un sentido de flujo, descendiendo por gravedad cuando el fluido circula en el sentido contrario.
Retentora de disco ascendente
En este caso se tiene un disco que sube o baja manteniendo la dirección del flujo en un solo sentido.
Retentora de platillos
Los platillos superior e inferior se vencen cuando el fluido se mueve en un sentido, actuando el muelle para cerrar el paso en el otro sentido.
Todas las demás válvulas no descritas se utilizan para conseguir la seguridad en la instalación en general, montándose de la misma manera que las anteriores, según proyecto e instrucciones de montaje en la obra.
Accesorios y elementos de unión
En el armado de tuberías industriales, teniendo en cuenta la diversidad de instalaciones de tubería, se encuentran accesorios que resuelven muchas de las uniones y diversificaciones en las distintas líneas.
Se dispone de codos, uniones en “T”, codos de reducción de diámetro en los que se consiguen mayores velocidades de circulación, adaptadores de distintos tramos de rosca, casquillos, tapones y purgadores.
Recuerde
Estos son los tipos de válvulas redentoras: de clapeta, de pistón, de bola, de disco ascendente y de platillos.
Todos ellos están adaptados a cada uno de los tipos de instalación y cumplen la función de intercambiabilidad, en caso de ampliación o reforma de las instalaciones ya montadas.
Distintos accesorios de tubería de pequeño calibre
Distintos casquillos de tubería de pequeño calibre
En el armado de las tuberías, los elementos de unión desmontables que se encuentran son tornillos, tuercas, arandelas y pasadores, que realizan también la función de intercambiabilidad, ya que están normalizados.
El conocimiento general del nombre normalizado de los más importantes es un ejercicio muy útil en el trabajo de armado, ya que se trata de una terminología muy extendida y utilizada en el lenguaje técnico de la mecánica.
En los siguientes cuadros se expresan la representación gráfica, la denominación normalizada y la descripción de cada elemento de unión desmontable.
| Representación | Denominación normalizada |
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DIN-933: Tornillo de cabeza hexagonal con vástago roscado |
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DIN-931: Tornillo de cabeza hexagonal con vástago roscado en parte |
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DIN-912: Tornillo de cabeza cilíndrica tipo Allen |
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DIN-963: Tornillo de cabeza plana |
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DIN-913: Perno roscado con cabeza tipo Allen |
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DIN-6921: Tornillo de cabeza hexagonal con arandela fija |
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DIN-571: Tornillo hexagonal rosca chapa |
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DIN-910: Tapón roscado de cabeza hexagonal |
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Varilla roscada |
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DIN-934: Tuerca de cabeza hexagonal |
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DIN-562: Tuerca rectangular |
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DIN-315: Tuerca de palomilla |
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DIN-985: Tuerca de cabeza hexagonal de seguridad |
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DIN-582: Gancho roscado hembra |
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DIN-125: Arandela plana |
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DIN-6798: Arandela elástica |
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DIN-127: Arandela Grower |
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DIN-2093: Arandela de muelle (muelle de platillos) |
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DIN-435: Arandela cuadrada para perfil |
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DIN-94: Pasador de aletas |
Elementos auxiliares de montaje e instalación
Para el tendido de las instalaciones según la documentación del proyecto, se utilizan elementos auxiliares y herramientas que facilitan el trabajo.
En el armado de los tramos de tubería, a menudo hay que realizar cortes para adaptarlos a las características peculiares del lugar donde han de ser instaladas. Se utiliza la herramienta cortatubos. Consta de dos cuchillas entre las que se introduce el tubo, de pequeño calibre. Se realiza el corte haciendo girar el cortatubos hasta que las cuchillas cortan el espesor del tubo.
Cortatubos y mordaza para tubos
Para el montaje mecánico o el soldeo en el taller, se debe utilizar el tornillo de banco adaptado para tubos, ya que facilita el trabajo y eleva la seguridad en cuanto a accidentes laborales.
| Elementos auxiliares normalizados en el armado de tuberías | |
| Representación | Denominación normalizada |
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DIN-6914: Unión de piezas con tornillo y tuerca hexagonal, y arandelas planas |
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Unión de perno roscado con arandelas cuadradas |
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Unión de perno roscado con arandela y tope |
Consejo
Se deberá colocar el cortatubos en posición vertical para lograr un corte limpio que luego permita realizar con facilidad las soldaduras.
Unos elementos que facilitan el armado de las tuberías en obra son las abrazaderas. Están construidas de pletina doblada y taladrada, y se montan unidas dos a dos, ancladas a un soporte en el techo o en la pared.
Los ganchos realizan la misma misión de soporte, pero son abiertos, lo cual facilita en gran medida el eventual desmontaje de la instalación para mantenimiento o reforma.
Están construidos de varilla roscada en el extremo de la fijación del soporte.
Un caso particular de tuberías que se pueden encontrar en la industria es el de la tubería que se utiliza para el transporte de sólidos.
En la industria cerealista y molinera, el transporte de productos sólidos a lo largo de su tratamiento en las fábricas requiere una estanqueidad elevada, ya que se encuentran gran cantidad de partículas pequeñas en la materia prima o semielaborada.
Se aprovecha la caída por gravedad de la materia sólida para el transporte entre las máquinas de tratamiento en el proceso normal de limpieza y molienda en las fábricas de harinas de cereales, de modo que con una inclinación adecuada a cada tipo de producto se pueden conseguir transportes sin gasto energético.
Nota
Con la tubería de caída se aprovecha la caída por gravedad de la materia sólida y se pueden conseguir transportes sin gasto energético.
Existe una variedad de piezas en el armado de la tubería de caída, y se pueden resolver las uniones entre ellas por medio de enchufes de pestaña macho-hembra, soldaduras, unión con manguitos o embridados. Siempre dependiendo del grado de estanqueidad y diseño que se proponga.
Algunos de los materiales que se pueden encontrar son:
Los restos ligeros que se producen en el tratamiento de los cereales en las fábricas de harinas se pueden procesar por medio de un transporte conjunto de sólido-aire. Este tipo de transporte se denomina neumático de aspiración y se realiza a través de un ventilador que aspira los restos sólidos ligeros a través de tuberías, utilizando el aire para el transporte.
Recuerde
La tubería de caída y la tubería de transporte neumático en aspiración son tipos de tuberías utilizadas para el transporte de sólidos.
De la misma manera que en la tubería de caída, existe una variedad de piezas en el armado de la tubería de aspiración.
Las uniones entre las piezas se suelen resolver por medio de enchufes de pestaña macho-hembra o manguitos de unión.
Algunos de los materiales que se pueden encontrar son:
La profesión de mecánico abarca diversas familias, entre las que se encuentra el diseño, armado y montaje de tubería industrial.
En este capítulo se realiza un repaso general de los conceptos fundamentales y las instalaciones que utilizan esta tecnología, describiendo los pasos genéricos de los distintos tipos de armados que se utilizan en la actualidad, junto con las técnicas y accesorios que se emplean en los armados desmontables y fijos realizados por soldadura.
En el atornillado, el conocimiento de los fundamentos de los elementos roscados y su representación en los planos, junto con los sistemas de unión roscada que se utilizan, servirán para la correcta interpretación de la documentación y realización del armado de las tuberías.
Se clasifican de forma genérica las técnicas de soldadura que se utilizan en las uniones de tubos y en la conveniente preparación de las superficies a unir, analizando los posibles defectos y sistemas empleados en el armado.
El conocimiento de las herramientas básicas, junto con los accesorios de que constan las instalaciones, hace ver de manera clara el funcionamiento de cada elemento dentro del conjunto, para conseguir una buena cultura mecánica en la terminología que se emplea.
El conocimiento de la designación de los elementos de unión normalizada hará que el profesional se maneje mejor en el mundo de la mecánica, al poder realizar operaciones con la terminología adecuada en cada momento.
El último campo de estudio en el armado incluye el conocimiento general de las tuberías de transporte de sólidos, realizado por el propio peso de estos o mediante un fluido como el aire que se desplaza con partículas sólidas ligeras.
Ejercicios de repaso y autoevaluación
1. La definición habitual de los tubos en la industria viene determinada por:
2. Los extremos de los tubos y válvulas pueden ser...
3. El paso “p” en la rosca de una entrada es:
4. Relacione los tipos de encaramientos de bridas con los tipos de juntas que se utilizan.
5. Complete:
Para realizar el atornillado o _______________ del elemento de unión se debe colocar la ______ de la herramienta en la cabeza del elemento roscado, realizando el _______ de la llave __________ del tornillo o tuerca.
6. El revestimiento del electrodo en la soldadura eléctrica por arco sirve para...
7. En los tubos con pestaña, se utiliza un elemento llamado valona que...
8. Indique de las siguientes afirmaciones, cuál es verdadera o falsa.
9. Realice un cuadro en el que se clasifiquen los tipos de accesorios válvulas, dependiendo del trabajo que realizan en las instalaciones.
10. La unión de tornillo de cabeza hexagonal con vástago roscado, arandela Grower y tuerca de cabeza hexagonal corresponde a las normas...