INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

SECRETARIA ACADEMICA

DIRECCION DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERIA Y CIENCIAS

FISICO MATEMATICAS

DISEÑO IIDISEÑO IIAPUNTES DE:APUNTES DE:

ELEMENTOS DEELEMENTOS DE DISEÑODISEÑO

SEPTIMO SEMESTRESEPTIMO SEMESTRE

OBJETIVO GENERAL

El alumno diseñará tuberías y recipientes a presión, dadas las condiciones de operación y seleccionará las bombas dados los requerimientos del sistema de bombeo, todo ello basado en códigos y estándares.

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA.

El alumno diseñará tuberías y recipientes a presión, dadas las condiciones de operación; así como la selección de bombas, dados los requerimientos del sistema de bombeo, todo ello basado en códigos estándares.

FUNDAMENTACION DE LA ASIGANTURA.

En toda industria extractiva y de transformación, los elementos de diseño tales como: tuberías, bombas, recipientes a presión, son soportes fundamentales de toda planta química; por lo que es necesario que el ingeniero químico tenga los criterios necesarios para diseñar los equipos que cumplan con las especificaciones establecidas en códigos.

La asignatura consta de tres temas: tuberías, bombas y recipientes a presión, que son los tres elementos importantes que componen las plantas químicas y cuyo diseño mecánico se establece en este curso.

CONTENIDO SINTETICO.

Unidad I. Tuberías. Unidad II. Bombas. Unidad III. Recipientes a presión.

PREFACIO:

Para la solución de problemas donde implique un sistema de bombeo, es recomendable seguir una cierta secuencia lógica que bien puede ser desarrollada por el propio estudiante, sin embargo los siguientes aspectos deberían ser tomados en cuanta:

1.- Interpretar el problema planteado:

Se deben expresar con sus propias palabras- de manera breve y concisa- el problema planteado.

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Identificar los datos proporcionados, disponibles, ya sea de manera explicita o implícita. Si es necesario utilizar tablas o gráficos para obtener las propiedades necesarias de los fluidos implicados.

Expresar los datos que deben ser determinados (calculados). Para esto se debe entender bien lo que se pregunta en el problema.

2.- Plantear la solución del problema.

Se deben definir y dibujar un esquema detallado del sistema o volumen de control que se utilizará en el análisis.

Aplicar matemáticamente las leyes fundamentales necesarias para resolver el problema.

Plantear las hipótesis simplificadoras adecuadas al problema planteado. Para esto se debe ser capaz de decidir correctamente si el flujo se puede considerar; estacionario o transitorio, compresible i incompresible; viscoso o no viscoso, etc.

3.- Resolver las ecuaciones planteadas:

Se debe considerar adecuadamente el conjunto de ecuaciones o fórmulas planteadas, antes de sustituir valore numéricos.

Al hacer la sustitución de los valores numéricos se debe:

Usar un sistema de unidades compatible.

Usar un número de cifras significativas adecuado a la incertidumbre de datos.

Revisar la consistencia dimensional de las ecuaciones.

Dar la referencia del origen de valores para las propiedades físicas (presión, temperatura, velocidad, etc.)

4.- Analizar los resultados.

Se deben revisar los resultados encontrados en las operaciones realizadas y ver si son razonables tanto en valor numérico como en unidades, de no ser así, se debe revisar las suposiciones y ecuaciones planteadas y volver a realizar los cálculos.

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CONTENIDO

TUBERIA.................................................................................................................................................... 6

TUBO METALICO Y TUBING................................................................................................................... 8

TUBO.......................................................................................................................................................... 8

TUBING...................................................................................................................................................... 8

TUBERIAS.................................................................................................................................................. 9

TAMAÑO DEL TUBO............................................................................................................................... 11

VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA FLUJOS DE VAPOR EN TUBERIAS.................................13

LOS TAMAÑOS COMERCIALES DE LOS TUBOS SON:.......................................................................14

NUMERO DE CEDULA........................................................................................................................... 15

ESPESOR MINIMO (tm)........................................................................................................................... 17

MATERIALES DE CONSTRUCCION DE LOS TUBOS...........................................................................19

TUBERIAS DE ACERO AL CARBON...................................................................................................... 19

TUBERIA DE LINEA................................................................................................................................ 19

TUBERIA TIPO BROCA (DRILL PIPE)................................................................................................... 21

TUBO ENVOLVENTE O CORAZA (CASING PIPE)................................................................................23

TUBERIAS DE ALEACIONES DE ACERO.............................................................................................. 24

ACEROS INOXIDABLES (CROMO - NIQUEL).......................................................................................24

TUBOS PARA BAJAS TEMPERATURAS................................................................................................. 25

TUBERIAS DE FUNDICION.................................................................................................................... 25

TUBERIAS DE DURIRON........................................................................................................................ 25

TUBERIAS COMUNES Y PARA SERVICIOS ESPECIALES DE METALES NO FERROSOS................25

TUBOS COMUNES Y PARA SERVICIOS ESPECIALES DE COBRE.....................................................26

TUBERIAS DE COBRE............................................................................................................................ 26

TIPO M..................................................................................................................................................... 26

TIPO L....................................................................................................................................................... 27

TIPO K...................................................................................................................................................... 27

TUBOS DE PLOMO REVESTIDOS DE PLOMO....................................................................................27

TUBOS COMUNES Y PARA SERVICIOS ESPECIALES.........................................................................28

TUBOS COMUNES DE ASBESTO – CEMENTO...................................................................................28

TUBOS DE CARBON GRAFITO.............................................................................................................. 28

TUBOS COMUNES................................................................................................................................... 28

TUBOS DE PLASTICO............................................................................................................................. 29

ACCESORIOS PARA TUBERIAS............................................................................................................. 31

PARA TUBERIA BRIDADA...................................................................................................................... 34

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BRIDAS..................................................................................................................................................... 34

VALVULAS................................................................................................................................................ 42

Antecedentes.............................................................................................................................................. 43

CONCEPTOS BASICOS SOBRE FLUIDOS.............................................................................................44

CLASIFICACION DE LA VALVULAS........................................................¡Error! Marcador no definido.

TIPOS DE VALVULAS.............................................................................................................................. 49

Compuerta................................................................................................................................................. 49

Globo......................................................................................................................................................... 50

Retencion................................................................................................................................................... 51

Macho........................................................................................................................................................ 53

Bola........................................................................................................................................................... 55

Mariposa................................................................................................................................................... 56

Aguja......................................................................................................................................................... 57

Seguridad.................................................................................................................................................. 58

Alivio......................................................................................................................................................... 59

Diafragma................................................................................................................................................. 60

SIMBOLOGIA DE VALVULAS...................................................................¡Error! Marcador no definido.

TIPOS DE EXTREMOS............................................................................................................................ 61

Roscados................................................................................................................................................... 61

Bridados.................................................................................................................................................... 61

Soldables................................................................................................................................................... 61

SELECCIÓN............................................................................................................................................. 62

ACCIONAMIENTO DE VALVULAS......................................................................................................... 63

MECANICO.............................................................................................................................................. 63

Volante...................................................................................................................................................... 63

Palanca..................................................................................................................................................... 63

Cadena...................................................................................................................................................... 64

Extensión................................................................................................................................................... 64

POSTE INDICADOR................................................................................................................................ 64

OPERADOR MECANICO......................................................................................................................... 64

OPERADOR ELECTROMAGNETICO..................................................................................................... 65

OPERADOR NEUMATICO E HIDRAULICO..........................................................................................65

TOLERANCIAS PARA TUBOS................................................................................................................. 66

TIPOS DE COSTURAS EN LOS TUBOS.................................................................................................. 66

UNION DE TUBOS................................................................................................................................... 66

Unión Roscada.......................................................................................................................................... 67

Unión soldada........................................................................................................................................... 69

5

Unión bridada........................................................................................................................................... 69

Unión campana hembra – macho............................................................................................................ 71

APLICACION DE LAS TUBERIAS........................................................................................................... 72

INSTALACION DE TUBERIAS................................................................................................................. 72

INSTALACION AEREA............................................................................................................................. 73

CALCULO PARA EL SOPORTE DE UN RACK DE TUBERIAS.............................................................75

INSTALACION A NIVEL DE PISO........................................................................................................... 76

INSTALACION SUBTERRANEA.............................................................................................................. 76

DILATACION DE TUBERIAS.................................................................................................................. 78

JUNTAS DE EXPANSION........................................................................................................................ 80

Tipo fuelle.................................................................................................................................................. 82

Junta deslizante......................................................................................................................................... 83

Tipo omega................................................................................................................................................ 85

GOLPE DE ARIETE................................................................................................................................. 87

ACCESORIOS PARA ABSORBER EL GOLPE DE ARIETE....................................................................95

DIBUJO DE TUBERIAS........................................................................................................................... 96

SIMBOLOS DE SIMPLE LINEA............................................................................................................... 98

IDENTIFICACION DE TUBERIAS........................................................................................................ 105

BREVE HISTORIA.................................................................................................................................. 106

CLASIFICACION POR COLORES......................................................................................................... 109

CALCULO DE CABEZALES DE DISTRIBUCION Y/O CAPTACION EN UN SISTEMA DE REDES DE TUBERIAS............................................................................................................................................... 109

BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................................... 110

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GLOSARIO DE TERMINOS PARA LA MATERIA DE ELEMENTOS DE DISEÑO.

ABOLLADURA: depresión en la superficie del tubo.ANÁLISIS DE INTEGRIDAD: Es el análisis que se realiza para establecer criterios de severidad de defectos, requerimientos de inspección no destructiva y procedimientos de reparación que garanticen la seguridad del ducto durante la operación, la continuidad en la producción y mínimo impacto ambiental, todo lo anterior dentro de opciones económicamente viables.ANODO: Elemento emisor de corriente eléctrica, es el electrodo en el cual ocurre el fenómeno de oxidación.ANODO GALVANICO O DE SACRIFICIO: Es el metal con potencial de oxidación más electronegativo que el ducto por proteger y que se instala en la tubería con el fin de proporcionarle protección catódica requerida.ANOMALÍA SIGNIFICATIVA. Defecto que pone en riesgo estructural al ducto durante operación. BASES DE DISEÑO. Es toda la información requerida para el desarrollo adecuado del proyecto BASES DE USUARIO. Información proporcionada por la entidad interesada en la construcción, acerca de las necesidades y características que debe cumplir el sistema. CAMISAS MECÁNICAS. Dispositivos como grapas o abrazaderas de fábrica o hechizas atornilladas en la sección de la tubería. CÁTODO. Es el electrodo de una celda electroquímica, en la cual ocurren las reacciones electroquímicas de reducción, en un sistema de protección catódica es la estructura a proteger. CONEXIONES. Tees, bridas, reducciones, codos, etc. CONTRATISTA. Persona física o moral que celebra contratos de Obra Pública. CORROSIÓN. Es el proceso de naturaleza electroquímica, por medio del cual los metales refinados tienden a formar compuestos (óxidos, hidróxidos, etc.) termodinámicamente estables debido a la interacción con el medio.

CORROSIÓN ATMOSFÉRICA. Es la corrosión por acción del medio ambiente y generalmente se presenta en las instalaciones aéreas. CORROSIÓN GENERALIZADA. Es una corrosión de tipo uniforme en toda la superficie de la instalación. CORROSIÓN LOCALIZADA. En este tipo de corrosión ni la superficie ni el medio son homogéneos, los productos insolubles generados por corrosión se precipitan formando películas en la superficie del metal. Dichas películas no son uniformemente perfectas. CLASIFICACIÓN POR SERVICIO Y SEGURIDAD (CSS). Categorización que se realiza al ducto considerando el número y proximidad de las construcciones en un área geográfica unitaria a lo largo de su eje longitudinal, y que toma en cuenta el servicio y la seguridad del sistema.

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CTO. Coordinación Técnica Operativa DAÑO CALIENTE (QUEMADURA). Un daño caliente o quemadura es una pérdida de material debida a la penetración excesiva de un electrodo. Usualmente estas anomalías son producidas por el soldador, cuando por falta de una placa utilizada para verificar que el electrodo tenga suficiente corriente, lo hacen sobre la tubería. DAÑO MECÁNICO. Aquellos que rebasan los límites de aceptación en la pared del tubo y son designados como “fuera de Norma”. Como son, abolladuras, arrancaduras, etc. DEFECTO. Imperfección de magnitud suficiente para ser rechazada por los códigos. DERECHO DE VÍA. Franja de terreno de un ancho especificado protegida y libre de construcciones u otras alteraciones, donde se alojan los ductos al servicio de PEMEX con los señalamientos adecuados. DIABLO. Equipo con la libertad de movimiento que es insertado en el ducto para realizar funciones de limpieza e inspección del mismo. DIABLO DE LIMPIEZA. Equipo para limpieza, eliminar aire y para verificar dimensiones interiores de la tubería.

DIABLO GEÓMETRA. Equipo que se utiliza para verificar la existencia de abolladuras, dobleces y ovalamientos del ducto. DIABLO SIMULADOR (DUMMY). Equipo de peso y longitud equivalente a la del diablo instrumentado. Su propósito es verificar que el diablo instrumentado pasará a lo largo de todo el ducto. DUCTO. Sistema que se compone de diferentes partes como: válvulas, bridas, accesorios, espárragos, dispositivos de seguridad o alivio, partes y componentes que se integran para realizar transporte de hidrocarburos. DUCTO ENTERRADO. Es aquel ducto terrestre que está alojado generalmente por lo menos a 1.0 m. Bajo la superficie del terreno a partir del lomo superior en suelos secos o húmedos. DUCTO SUMERGIDO. Es aquel ducto terrestre que debido a su trayecto puede encontrarse enterrado o en el lecho de un cuerpo de agua (pantano, río, laguna, lago, etc.). ESFUERZO. Es la fuerza resultante en un cuerpo provocada por fuerzas externas, que un cuerpo soporta en su forma y tamaño. Indistintamente se le llama esfuerzo o esfuerzo unitario y se expresa en kg/cm2 o lb/pulg2. ESFUERZO DE FLUENCIA MÍNIMO ESPECIFICADO (SMYS). Es la resistencia a la fluencia mínima indicada por las especificaciones del fabricante de la tubería, en N/mm2 (Psi).

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ESFUERZO MÍNIMO ESPECIFICADO A LA TENSIÓN. Es la resistencia mínima a la tensión, acorde con las normas ASTM y API bajo la cual se ha fabricado el material, en N/mm2 (Psi). ESFUERZO TANGENCIAL O CIRCUNFERENCIAL. Es el esfuerzo ocasionado por la presión de un fluido en la pared de la tubería actuando circunferencialmente en el plano perpendicular al eje longitudinal del tubo. EVALUACIÓN. Es la determinación de la integridad mecánica de una instalación existente. GRIETA O FISURA. Hendidura o abertura pequeña en la pared del tubo o en soldaduras longitudinales o circunferenciales. IMPERFECCIONES. Son las que se encuentran dentro de los límites de aceptación o “dentro de Norma”. Pueden ser de fabricación (inclusiones no metálicas, etc.), así como también corrosiones interiores o exteriores, abolladuras, arrancaduras, etc. INCLUSIÓN DE ESCORIA. Es un sólido no metálico atrapado dentro de la soldadura o entre la soldadura y el metal base. INHIBIDOR DE CORROSIÓN. Compuesto químico orgánico o inorgánico que al colarse en la pared de la tubería forma una película entre ésta y el medio corrosivo, disminuyendo la velocidad de corrosión. INSTALACIÓN SUPERFICIAL. Porción de ducto no enterrado utilizado en troncales, válvulas de seccionamiento, trampas de envío y recibo que se emplean para desviar, reducir y regular la presión en el ducto, incluye válvulas, instrumentos de control y tubería. JUNTA DE AISLAMIENTO. Accesorio intercalado en el ducto, constituido de material aislante que sirve para seccionar eléctricamente el ducto por proteger. LIBRANZA. Autorización especial que se concede a un ducto para llevar a cabo la rehabilitación de sus sistemas de control, seguridad, la sustitución de tramos, etc. Ésta autorización implica movimientos operativos tales como desvíos de producción ó diferimiento de la misma LÍNEA NO RESTRINGIDA. Línea o tramo de tubería que no tiene una importante restricción axial y por tanto permite las deformaciones axiales. LÍNEA REGULAR. Tubería submarina localizada bajo la superficie del agua en el mar, que descansa o está enterrada en el fondo marino, y que une las curvas de expansión de las plataformas. LÍNEA RESTRINGIDA. Línea o tramo de tubería que debido a sus condiciones en los extremos tiene restricción o limitación en permitir deformaciones axiales. LINGADA. Sección de tubería de longitud variable, formada por tramos soldados circunferencialmente a tope. MANTENIMIENTO CORRECTIVO. Acción u operación que consiste en reparar los daños que ponen en riesgo la integridad de un ducto, en el mejor tiempo posible para evitar que

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pueda llegar a una falla, o en el caso de presentación de falla, será para restablecer la operación del mismo. MANTENIMIENTO PREVENTIVO. Acción u operación que se aplica antes de que ocurran fallas, manteniendo en buenas condiciones y en servicio continuo a todos los elementos que integran un ducto terrestre, a fin de no interrumpir las operaciones de este; así como de corrección de anomalías detectadas en su etapa inicial producto de la inspección al sistema, mediante programas derivados de un plan de mantenimiento, procurando que sea en el menor tiempo y costo. MONOBLOC. Accesorio que se coloca en el tramo aéreo (zona atmosférica) comprendido entre el cuello de ganso y el ducto ascendente, sirve para aislar eléctricamente a la tubería submarina de la estructura y tubería de la plataforma, por lo que también se le conoce como junta de aislamiento. MUESCA. Pérdida de material en la pared del ducto producida por el golpe de un objeto agudo. OLEODUCTOS. Sistemas de transporte que tienen por objeto enviar petróleo crudo y asociado con otros hidrocarburos, entre una estación de recolección o una estación de almacenamiento y las terminales. PICADURA. Corrosión localizada confinada a un punto o a un área pequeña, la cual tiene forma de cavidad. PIERNA MUERTA. Componentes de un sistema de tubería que normalmente no tienen un flujo significante, como por ejemplo: ramales de desfogue, tuberías con válvulas de bloqueo normalmente cerradas, tuberías con un desfogue final, piernas de soporte inactivas presurizadas, tubería de derivación con válvula de control de estancamiento, tubería con bomba de reserva, bridas de nivel, cabezales de entrada y salida con válvulas de alivio, ventilación en puntos altos, puntos simples de drenaje, purgadores e instrumentos de conexión. POTENCIAL DE POLARIZACIÓN. Diferencia de potencial entre una tubería de acero enterrada y/o sumergida protegida catódicamente y un electrodo de referencia en contacto con el electrolito. PRESIÓN DE DISEÑO. Es la presión máxima permitida calculada, siendo ésta mayor que la presión máxima de operación. PRESIÓN DE OPERACIÓN MÁXIMA PERMISIBLE (PMO). Es la presión máxima a la que un ducto puede ser sometido durante su operación. PROTECCIÓN CATÓDICA. Es el procedimiento eléctrico para proteger los ductos enterrados y/o sumergidos contra la corrosión exterior, el cual consiste en establecer una diferencia de potencial convirtiendo la superficie metálica en cátodo mediante el paso de corriente directa proveniente del sistema seleccionado. PRUEBAS DESTRUCTIVAS. Son aquellas en que las propiedades físicas de un material son alteradas y sufren cambio en la estructura.

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PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS. Son aquellas en que las propiedades físicas de un material no se alteran ni sufren cambio en su estructura. RANURA. Abertura delgada y poco profunda producida por algún objeto filoso. RAYÓN O TALLÓN. Pérdida de material causado por el rozamiento con otro objeto o rozamiento continúo. REPARACIÓN DEFINITIVA. Es el reemplazo de la sección cilíndrica del tubo conteniendo la imperfección detectada, por otro de especificación y espesor de pared similar o superior al del tubo original y de una longitud no menor de diámetro y medio en tubería de superficie y de tres diámetros en tubería submarina. REPARACIÓN PERMANENTE. Es el reforzamiento de una sección de tubería conteniendo un defecto o daño, mediante la colocación de una envolvente metálica soldada longitudinalmente y donde la soldadura circunferencial de la envolvente puede ser opcional si en esa sección de la tubería no existe fuga. REPARACIÓN PROVISIONAL. Es la acción de colocar dispositivos como grapas de fábrica o hechizas atornilladas en la sección de tubería que contiene un daño o defecto y que debe ser reparada en forma definitiva o permanente lo más pronto posible. RESONANCIA. Incremento en la amplitud de desplazamiento de un ducto debido a una fuerza cuya frecuencia es igual o muy cercana a la frecuencia natural de vibración del sistema. SANIDAD DEL DUCTO. Área de un ducto cuyo material base y/o soldadura no contiene imperfecciones de tal forma que se puede aplicar soldadura, de una manera segura, sobre la superficie del ducto sin ponerlo fuera de servicio. SOPORTE. Elemento que soporta tanto cargas estáticas como dinámicas en la tubería y equipos a los cuales se encuentra asociado. TEMPERATURA DE DISEÑO. Es la temperatura esperada en el ducto, bajo las condiciones de operación máxima extraordinaria y que puede ser igual o mayor a la temperatura de operación. TEMPERATURA DE OPERACIÓN. Es la temperatura máxima del ducto en condiciones normales de operación. TRAMPA DE DIABLOS. Dispositivo utilizado para fines de envió o recibo de equipos de inspección o limpieza de la línea. TUBERÍA. Componente de diferentes materiales que se utilizan dentro de un sistema de ductos.

TUBO. Porción cilíndrica que se utiliza estructuralmente o como parte de un sistema de conducción. VÁLVULAS DE ALIVIO. Es un dispositivo relevador automático de presión, actuando por presión estática aplicada sobre la válvula. VÁLVULAS DE SECCIONAMIENTO. Dispositivo que se utiliza para seccionar tramos de tubería para reparación, mantenimiento o emergencia del ducto y que se encuentra espaciada de acuerdo a su localización.

VELOCIDAD DE CORROSIÓN. Es la relación del desgaste del material metálico con respecto al tiempo, en mm/año.

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En el curso de ELEMENTOS DE DISEÑO se va tratar del diseño de un sistema de bombeo para una industria; ya que no existe una industria que no requiera de por lo menos una bomba y su tubería para satisfacer alguna necesidad de manejo de fluidos, inclusive en la mayoría de las casas se requiere de un sistema de bombeo para manejar agua, y así satisfacer la necesidad de este vital líquido.

Todo sistema de bombeo en términos generales consta de tres partes que son:

1. Tanques (normalmente son dos, uno del lado de la succión y otro del lado de la descarga de la bomba).

2. Bomba.3. Tubería, válvulas y accesorios que conectan la bomba con los tanques.

Con el fin de facilitar el diseño del sistema de bombeo, se verá por separado cada una de las partes que consta el sistema, para esto se requiere como antecedente que el alumno haya realizado un buen curso de la materia de DISENO I, y que tenga bases firmes en matemáticas, así como haber llevado un curso de dibujo industrial (como el que se da en las vocacionales de ingeniería).

TUBERIA

Breve Historia.

Cuando la civilización alcanzó un mayor desarrollo, esto inspiró un deseo de cambios diarios, algunas formas de tubos se inventaron para satisfacer estas nuevas necesidades, Así que, el uso de tubos antecede a la historia recordada. Tubos de barro que datan de hace 4000 años a. C. fueron encontrados en las ruinas de Babilonia y tubos de plomo para sistemas de distribución completos con válvulas de bronce pueden ser vistos en la antigua Pompeya tal como eran en el año 87 a. C. en que la pequeña ciudad Romana fue cubierta de ceniza vo1cánica. Tubos de madera hechos con troncos perforados o duelas, así como tubos de roca perforada han servido en muchas partes del mundo por siglos. Sistemas de tubería que fueron utilizadas todavía al principio de los 1900's Y continua teniendo aplicaciones muy limitadas.

El uso del hierro fundido para conducción de agua evidentemente siguió a la invención de los cañones de hierro fundido, tales cañones fueron hechos en l313 en Gante, y hay evidencias de que el tubo de hierro fue fundido en 1455 en Alemania. En 1562 el tubo de hierro fundido fue colocado para suministrar agua a las fuentes de Rathans. Luis XIV (siglo XVII); con la intensión de copiar las fuentes de villas Italianas, instaló tubos de hierro fundido para traer agua alas fuentes del palacio de Versalles en Francia. Este sistema continúa en uso todavía.

Como se hicieron muchas otras instalaciones de hierro fundido tanto en Europa como en Norteamérica, el uso común del hierro fundido para conducir agua empieza en la primera década del siglo XIX, porque su durabilidad en instalaciones subterráneas ha sido muy buena, y en la actualidad esta fundición continuará siendo especificada para nuevos sistemas de conducción de agua.

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El acero pudo haber sido utilizado para tubos y accesorios en los albores de la historia, pero probablemente debido a la corrosión, evidencias de su uso no han sido encontradas. Artefactos de acero, sin embargo nos muestran un conocimiento de tratamiento térmico, que se cree fueron enterrados por más de 50 siglos.

El desarrollo y amplio uso de máquinas de vapor al comienzo y mediados del siglo XVII crea una necesidad de materiales capaces de soportar altas presiones y temperaturas, por eso el tubo de acero de pronto llega a incrementar su uso y muchos métodos de producción fueron desarrollados, tal como placas soldadas a traslape (lap-welding) realzada en forma cilíndrica (un procedimiento en uso actualmente).

Después de la primera guerra mundial, coma la industria de fuerza y procesos demandó materiales que soportaran mayores presiones, tubos sin costura formados de lingotes sólidos llegaron a ser comunes.

Aunque el tubo de acero incremento su aceptación en los siglos XVIII y XIX y l0 está siendo actualmente en grandes cantidades desde el principio del siglo XX, válvulas y accesorios continúan siendo fabricados de hierro fundido. Los métodos de unión de tuberías hasta estos tiempos son también de origen antiguo. Las conexiones de hierro fundido bridadas y atornilladas así como las roscadas han sido utilizadas por varios siglos. Conexiones bridadas para tubos de acero fueron ambos forjados en forma integral, o el tubo fue roscado y una brida roscada se unió a el. Uniones de tubo las cuales no fueron bridadas, fueron hechas por conexiones para altas presiones y temperaturas, y muchos métodos fueron ideados para el sello de las juntas, algunos de los cuales son usados actualmente.

Aunque tubos y accesorios de confianza para trabajar con presión han sido fabricados por treinta años, pruebas ligeras y severas de métodos de unión de tubos de diferentes a bridas atornilladas fueron desconocidas hasta que en forma relativa se usó recientemente la soldadura para la unión de tubos.

El primer método portátil para soldar utilizó oxígeno y acetileno, el cual actualmente se le utiliza para el corte de tubos. Así que esto fue posible para obtener una razonable seguridad en la unión soldada. La propagación de la zona de alta temperatura y la atmosfera de la flama del gas causó problemas metalúrgicos. La construcción de sistemas modernos de construcción de tubos, la creación de aparatos de soldadura de arco y electrodos recubiertos que fueron desarrollados, permitieron uniones más seguras para la más exigente industria moderna. Algunos tipos de soldadura, por supuesto, fueron posibles bajo condiciones controladas de taller, dentro de los recientes años, sin embargo, métodos de soldadura para todo tipo de materiales han sido desarrollados para hacer posible la soldadura bajo cualquier condición de construcción, esto por supuesto, simplifica la construcción y problemas de montaje, por lo que se reduce el costo inicial de la planta cuando se construye.

En la actualidad para el transporte de agua, otras sustancias liquidas y gaseosas se utilizan dispositivos principalmente de sección circular (tuberías), por su mayor resistencia estructural y por tener una área de sección transversal por unidad de superficie más grande que cualquier otra forma de conducto.

Debe entenderse por tubo “UN CONDUCTO CERRADO DE SECCION TRANSVERSAL CIRCULAR Y DIAMETRO CONSTANTE”

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Los materiales con que se fabrican actualmente las tuberías son diversos y están especificados por la A. S. T. M. (American Society for Testing Materials), el material de fabricación y el tipo de fabricación dependen de las condiciones de operación y de un análisis económico; el mas comúnmente utilizado es el acero al carbón y aleaciones de acero, se cuenta también con los siguientes materiales: cobre; latón, plomo, plástico, vidrio, etc.

Actualmente también existen tablas y diagramas que nos ayudan en la selección y aplicación de las tuberías, válvulas y accesorios.

TUBO METALICO Y TUBING

Tubo y tubing son ambos productos tubulares, pero los términos como son usados tienen un significado específico:

TUBO

Los tubos producidos de acuerdo con los tamaños dados en la tabla No. 1 y en los estándares de A.P.I. (American Petroleum Institute) son llamados TUBOS, y como se verá mas adelante, el diámetro exterior de cualquier diámetro nominal dado es el mismo para todas las Cedulas en un mismo diámetro nominal, por lo que el diámetro interior varia al variar la Cedula, ya que el espesor crece hacia adentro.

TUBING

Los demás tubos no producidos de acuerdo a un tamaño estándar son llamados TUBING. Los diámetros son designados por el diámetro exterior, cada tamaño ofrece una gran variedad de diámetros exteriores, y se especifican por calibre.( ver al final tabla).

TUBERIAS

Cuando nos referimos a un tubo estamos hablando de la unidad que puede ser un tramo de 6m pero cuando nos referimos a una tubería estamos hablando de una unión de más de un tubo para formar la mencionada tubería. De acuerdo a lo anterior debemos de aprender como especificar un tubo.

Normativa existente para el diseño de tuberías industriales

Diseño de Tuberías

Consideraciones generales y criterios de diseñoEl diseño de un sistema de tuberías consiste en el diseño de sus tuberías, brida y su

tortillería, empaquetaduras, válvulas, accesorios, filtros, trampas de vapor juntas de expansión. También incluye el diseño de los elementos de soporte, tales como zapatas, resortes y colgantes, pero no incluye el de estructuras para fijar los soportes, tales como fundaciones, armaduras o pórticos de acero.

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Aun en el caso en que los soportes sean diseñados por un ingeniero estructural, el diseñador mecánico de la tubería debe conocer el diseño de los mismos, por la interacción directa entre tuberías y soportes.

Procedimiento de diseño de tuberíasLa lista siguiente muestra los pasos que deben completarse en el diseño mecánico

de cualquier sistema de tuberías:a) Establecimiento de las condiciones de diseño incluyendo presión, temperaturas y otras

condiciones, tales como la velocidad del viento, movimientos sísmicos, choques de fluido, gradientes térmicos y número de ciclos de varias cargas.

b) Determinación del diámetro de la tubería, el cual depende fundamentalmente de las condiciones del proceso, es decir, del caudal, la velocidad y la presión del fluido.

c) Selección de los materiales de la tubería con base en corrosión, fragilización y resistencia.

d) Selección de las clases de “rango” de bridas y válvulas.e) Cálculo del espesor mínimo de pared (Schedule) para las temperaturas y presiones de

diseño, de manera que la tubería sea capaz de soportar los esfuerzos tangenciales producidos por la presión del fluido.

f) Establecimiento de una configuración aceptable de soportes para el sistema de tuberías.

g) Análisis de esfuerzos por flexibilidad para verificar que los esfuerzos producidos en la tubería por los distintos tipos de carga estén dentro de los valores admisibles, a objeto de comprobar que las cargas sobre los equipos no sobrepasen los valores límites, satisfaciendo así los criterios del código a emplear.

Si el sistema no posee suficiente flexibilidad y/o no es capaz de resistir las cargas sometidas (efectos de la gravedad) o las cargas ocasionales (sismos y vientos), se dispone de los siguientes recursos:a) Reubicación de soportesb) Modificación del tipo de soporte en puntos específicosc) Utilización de soportes flexiblesd) Modificación parcial del recorrido de la línea en zonas específicase) Utilización de lazos de expansiónf) Presentado en frío

El análisis de flexibilidad tiene por objeto verificar que los esfuerzos en la tubería, los esfuerzos en componentes locales del sistema y las fuerzas y momentos en los puntos terminales, estén dentro de límites aceptables, en todas las fases de operación normal y anormal, durante toda la vida de la planta.

Las principales normas que rigen todo lo concerniente a los sistemas de tuberías y su instalación constituyen las bases de muchas leyes relativas a la seguridad. La norma de mayor envergadura en esta aplicación es el Código ASME para calderas y recipientes a presión, el cual en sus secciones I, II, III, VIII, IX y XI define claramente los requerimiento mínimos que consolidad la optima instalación de un sistema.

Enfatizando en el planteamiento de tuberías a presión, se encuentran diferentes secciones separadas para este código que enmarcan la implantación de estos sistemas:

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Tuberías para Sistemas de Potencia...... B31.1 Tuberías para Gases Combustibles...... B31.2 Tuberías Plantas Químicas y Refinerías de Petróleo... B31.3 Tuberías para transporte de petróleo líquido...... B31.4 Tuberías para Refrigeración......B31.5 Tuberías para transmisión y distribución de Gas..... B31.8 Tuberías para Servicios en Edificios..... B31.9

Indudablemente existen muchas otras organizaciones que se han dedicado a resaltar los requerimientos en la instalaciones de tuberías como tal. Entre ellas podemos mencionar El Instituto Americano de Petróleo (API), La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), La Asociación Nacional de Protección Contra Incendios (NFPA), El Instituto Nacional Americano de Normas (ANSI), etc.

TUBERÍAS INDUSTRIALES

Es de gran importancia aclarar la diferencia que existe entre los términos “tubería” y “tubo”, pues comúnmente son confundidos. La Tuberías corresponde al conjunto conformado por el tubo, los accesorios, las válvulas, etc; encargados de transportar los gases o líquidos que así lo necesitan. Mientras que Tubo es aquel producto tubular con dimensiones ya definidas y de material de uso común.

Las tuberías con destinos industriales tienen una muy amplia aplicación, pues es por medio de ellas que se transportan todos lo fluidos (gases, mezclas, líquidos, etc) para optimizar y no limitar los procesos industriales.

Existen tubos con costura y sin costura, la diferencia entre ellos radica en el modo de fabricación. Los primeros basan su manufactura en la soldadura, mientras los segundos no ( ver diagramas del proceso de fabricación ).

Modo de Especificación:Denominación: Diámetro, Costura, Cédula. Material ; Longitud, Tolerancia.

Diámetro: Diámetro nominal de la tubería en pulgadas. Costura: SMLS ( Tubería sin costura), Welded ( tubería con costura ). No. De Cédula: Cédula de la tubería. Material: Material de la tubería, Ejem. A-106-B. Longitud: Longitud de la pieza. Ejem. Piezas de 6 m de largo. Tolerancia: Tolerancia de longitud de la tubería.

Procesos de Manufactura: En la industria existen varios tipos de acabados de tubos utilizados para la instalación de sistemas. Comúnmente, o en su mayoría, los tubos de acero que se fabrican son del tipo sin costura (sin soldadura lateral), los cuales se manufacturan por medio de perforación y forja, torneado y calibración del hueco. Los tubos con costura (producidos por soldadura) se fabrican por soldadura de arco sumergido, por soldadura por resistencia eléctrica y por soldadura eléctrica por fusión.(ver diagramas en el anexo).

Para especificar un tubo debemos dar la mayor cantidad de datos técnicos o información técnica para que nuestro departamento de compras no tenga ninguna dificultad en que sus

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proveedores suministren lo que realmente estamos solicitando; un tubo para ser especificado se divide en tres partes y son:

MATERIAL Y NOMBRE TAMAÑO COMO SE REQUIERE

Por ejemplo:

Tubo de acero al carbón a- 53 de 2" de diam. Nom. Ced. 40 sin costura extremos soldables.

MATERIAL Y NOMBRE. Tubo de acero al carbón A-53.

TAMAÑO. 2” de diámetro nominal Cédula 40.

COMO SE REQUIERE. Sin costura, extremos soldables.

La primera parte o sea el material y nombre se considera que ya se vio en la materia de Resistencia Mecánica y Química de los Materiales, pero mas delante se hará un recordatorio de los diferentes materiales de construcción que hay para los tubos.

TAMAÑO DEL TUBO

El tamaño del tubo nos lo da las necesidades de transporte que se requieren, ya que normalmente partimos de que se requieren manejar ya sea m3/Hr ó bien GPM (Galones Por Minuto) en el proceso.

Para el cálculo del tamaño del tubo partimos de la fórmula general de flujo que es:

Q = A*v

Donde:

Q = Flujo que se está manejando en las unidades que obtengan dependiendo del sistema de unidades que se esté utilizando (GPM; m3/Hr etc.).

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A = Área transversal del tubo por donde va a circular el flujo deseado (Ft2, cm2, etc.), ver figura.

v = Es la velocidad a la que va el fluido manejado, en las unidades que resulte del sistema que se esta manejando. (Ft/seg.; m/min.).

Como la fórmula del área es:

A=0 .785×D2

Sustituyendo en la fórmula del gasto queda:

Q=0. 785×D2×V

Despejando D queda la fórmula:

D=√ Q0 .785×V

Como la mayoría de los datos se dan en GPM y la velocidad en Ft/seg., de la ecuación anterior llegamos a una que es:

D=√ 0 . 408∗Qv

Donde:

Q = GPM

D = Pulg.

v = Ft/seg.

Con la fórmula anterior calculamos el diámetro interior; normalmente se emplea como referencia las caídas de presión económicas o las velocidades económicas, algunas firmas de ingeniería prefieren utilizar las caídas de presión económicas debido a que este es un método mas rápido ya que las presiones diferenciales disponibles pueden encontrarse en el diagrama de flujo de proceso.

Los diámetros de las tuberías basadas en las limitaciones de velocidad se calculan en casos especiales en los que se deben tomar en cuenta la corrosión, la erosión o los depósitos sobre la pared de la tubería.

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El sistema que propone la CRANE CO. implica asumir tanto como las caídas de presión para diferentes flujos y el cálculo para basarse tanto en las velocidades más económicas como en una presión diferencial preestablecida de acuerdo con el proceso que se está estudiando.

VELOCIDADES RECOMENDADAS PARA FLUJOS DE VAPOR EN TUBERIAS

La tabla que se da abajo, da las velocidades razonables basadas sobre la práctica; pueden ser usadas con ventaja en las líneas de vapor. Se pueden utilizar velocidades bajas en tubos pequeños y las velocidades altas en tubos mayores de 12” de diámetro.

CONDICIONES DEL VAPOR

PRESIONES EN Lb/pulg2.

USO VELOCIDAD EN Ft/min.

Vapor saturado 0 a 15 Calefacción 4,000 a 6,000Vapor saturado De 50 y mayores Misceláneos 6,000 a 10,000

Vapor sobre calentado

De 200 y mayores Cogeneración 7,000 a 20,000

Como norma pueden asumirse los siguientes rangos de velocidad para diferentes clases de líquidos.

TIPO DE FLUIDO FPSFLUIDO VISCOSO 2 - 4

AGUA 6 - 14FLUIDOS MENOS

VISCOSOSQUE EL AGUA

10 - 16

Con los datos anteriores y conocido el flujo que se quiere manejar, podemos calcular el diámetro interior del tubo.

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Dada la variedad de tamaños y materiales que se construyen los tubos, y debido a que el acero al carbón es el material mas utilizado, es común referir las denominaciones a tuberías de acero utilizando las siglas I.P.S. ( Iron Pipe Size ).

En el mercado se encuentran una gran variedad de tamaños de tubos, que se solicitan por diámetro nominal.

El diámetro nominal es un tamaño de lista que no corresponde ni al diámetro exterior ni al diámetro interior del tubo, esto es hasta tamaños de 12” ya que de 14” (inclusive) en adelante el diámetro exterior corresponde exactamente al diámetro nominal del tubo (ver tabla y analizarla).

LOS TAMAÑOS COMERCIALES DE LOS TUBOS SON:

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”, 1

4

”, 3

8

”, 1

2

”, 3

4

”, 1”, 1 1

4

”, 1 1

2

”, 2”, 2 1

2

”, 3”, 3 1

2

”, 4”, 5”, 6”, 8”, 10”, 12”, 14”, 16”, 18”, 20”, 24”, 30”.

Pueden solicitarse tamaños más grandes pero estos son sobre pedido.

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PROBLEMAS.

1. Se van a bombear 240 GPM de agua a una velocidad de 11 FPS, diga que tamaño comercial de tubo seleccionaría.

2. Se requieren manejar 85m3/hr de un líquido que va a una velocidad de 10.5 FPS, diga el tamaño comercial del tubo que seleccionaría.

3. Se bombearán 27 lts/seg. de un líquido que tiene una gr. sp. De 0.95 y va a una velocidad de 201.22 m/min., ¿que tamaño comercial de tubo seleccionaría?

4. Se van a manejar 80 ton/hr de un líquido que tiene una gr. sp. de 1.1 y va a una velocidad de 9.7 FPS, diga que tamaño comercial de tubo recomendaría.

5. A que velocidad van 350 GPM en un tubo de 4” de diámetro nominal.

6. ¿Qué gasto circula por una tubería de 6” de diámetro nominal, si la velocidad que se mide por medio de instrumentos da un dato de 7.8 FPS?

NUMERO DE CEDULA

Una serie de números de Cedula son usados por La A.S.A (American Standars Association) como un significado para expresar el espesor de las paredes. Este número de Cedula son una aproximación a los valores obtenidos por la aplicación de la formula siguiente:

No−DE−CEDULA=1000PS

Donde:

P = Es la presión interna del fluido dentro del tubo en psig

S = Es la fatiga del material a la temperatura de trabajo en PSI

Los valores para S dependerá del material de construcción del tubo, y estos valores pueden ser encontrados en las tablas de los fabricantes de tubos.

Cuando el Número de Cédula es calculado por la formula anterior y utilizando el diámetro comercial especificado todas las características del tubo pueden ser obtenidas de la tabla No.1

Analizando esta tabla se ve que para un mismo tamaño de tubo conforme se incrementa el Número de Cédula, el espesor se incrementa pero que el diámetro exterior permanece siempre constante para ese mismo tamaño de tubo , o sea que el espesor crece hacia adentro disminuyendo el diámetro interior.

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Por ejemplo para tubos de

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” y 14” de diámetro:

DIAMETRO NOMINAL

NUMERO DE CEDULA

ESPESOR DIAMETRO NOMINAL

NUMERO DE CEDULA

ESPESOR

18

”

40 0.068 14 10 0.250”80 0.095 20 0.312”

30 0.375”40 0.437”60 0.593”80 0.750”

100 0.937”120 1.093”140 1.250”160 1.406”

PROBLEMAS.

1. ¿Qué número de cédula comercial recomendaría para un tubo que va a trabajar a 250 psig, siendo la fatiga del material de 15,500 lb. /pulg2?

2. ¿Qué fatiga de material recomendaría para un tubo que va a trabajar a 300psig y tiene un número de cédula de 40?

3. ¿A que presión trabajaría un tubo con cédula 80 si su material tiene una fatiga de 10,000 PSI?

4. Se van a manejar 280 GPM de un liquido a una velocidad de 10.5 FPS, la presión en el liquido es de 275 psig y la fatiga del material es de 12,000 PSI. Diga que diámetro comercial y No. de cédula recomendaría

5. En el almacén se tiene un tubo que al obtener sus medidas nos dio los siguientes datos:

diámetro exterior= 8.625”

Espesor de la pared= 0.227”

El material es de acero al carbón

Fatiga= 21,000 PSI

Diga a que presión podemos trabajarlo y que gasto podría circular por la misma, si la velocidad la consideramos de 9 FPS

6. Se van a manejar 170 ton/hr de un liquido que tiene una gr. sp. de 1.17 y va a una velocidad de 12 FPS, el material es acero al carbón y tiene una fatiga de 18,500 PSI, la presión del liquido es de 300psig. Diga cual seria el tamaño del tubo y el No. de cédula comercial.

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ESPESOR MINIMO (tm)

Como se ve en la fórmula del No. de Cedula, esta se determina utilizando solamente una variable del proceso que es la presión, pero en los procesos hay otras variables que deben ser tomadas en cuenta y una de ellas para especificar un tubo es la temperatura.

Se cuanta con una fórmula para determinar un minima espesor que requiere un tubo a las condiciones de operación, que integra en el cálculo además de la presión y la temperatura, es la naturaleza corrosiva de los fluidas que circulan por el interior, por lo que se integra a la fórmula de cálculo un sobre espesor por corrosión (c).

Se entiende por Espesor Mínimo (tm) el mínimo espesor que se debe tener en el tubo de tal manera que este, soporte las condiciones del proceso de Presión y Temperatura además de la naturaleza corrosiva del fluido que se está manejando; al dar el sobre espesor, este incluye la disminución de espesor por erosión debido al movimiento del fluido dentro del tubo.

El mínimo espesor de pared para cualquier tubo sometido a presión interna es una función de: El esfuerzo permisible para el material del tubo. Presión de diseño. Diámetro de diseño del tubo. Intensidad de la corrosión y/o erosión.

El espesor mínimo de la pared del tubo sometido a presión externa es una función de la longitud del tubo, pues ésta influye en la resistencia al colapso del tubo.

Para tubos metálicos, el espesor de diseño para soportar la presión interna, debe calcularse por la ecuación que sigue, siempre que Do/t sea mayor que 4 (tubos Do/t menor que 4, se considera tubos de pared gruesa y se requieren consideración especial, pues hay que tomar en cuenta factores de diseño y de materiales, tales como teoría de las fallas, fatiga y esfuerzo térmico).

T=tm+X y tm=t+C

El espesor mínimo se calcula con la siguiente fórmula

tm= P . Do2 . (S . E+P .Y )

+C

Donde:

T= Espesor nominal en [plg].

tm = Mínimo espesor de pared que satisface los requerimientos de presión, espesor

adicional por corrosión mecánica y erosión [plg].

t= Espesor por presión de diseño interna solamente [plg].

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C= Suma de las sobre medidas mecánicas más la sobre medida por corrosión y erosión

[plg]

P= Presión interna de diseño [psig]

Do= Diámetro exterior del tubo [plg]

S= Esfuerzo permisible del material del tubo, a la temperatura de diseño. Estos valores de

esfuerzo deben tomarse del código ASME B31.3, Tabla A!, Apéndice A.

E= Factor de soldadura longitudinal de la junta .

X= Tolerancias de fabricación.

Y= Coeficiente cuyos para materiales ferrosos dúctiles se da en la Tabla siguiente y para

materiales dúctiles no ferrosos tiene un valor de 0.4 y es cero para en hierro fundido.

Para valores de c, se debe considerar lo siguiente: si es acero al carbón es 1/8” y para aleaciones de acero es de 1/16”.

Valores de “Y” para Materiales Ferrosos :

Temperatura, ºF900 y menor 950 1000 1050 1100 1150

Aceros Ferríticos 0.4 0.5 0.7 0.7 0.7 0.7Aceros Austeníticos 0.4 0.4 0.4 0.4 0.5 0.7Otros Metales 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4DúctilesHierro Colado 0.0 -- -- -- -- --

En el cálculo de la presión interna de trabajo “P" puede ser necesario incluir presiones adicionales a la presión normal de la línea debido al Golpe de Ariete y a posibles fluctuaciones que se tengan el proceso.

La fórmula del Espesor Mínimo nos permite verificar el espesor obtenido mediante las tablas de tubos, según el cálculo del No. de Cedula, de acuerdo al siguiente procedimiento:

1) Se determina el diámetro nominal del tubo.

2) Se calcula el No. de Cedula.

3) Se obtiene de tablas el espesor del tubo, utilizando el diámetro nominal especificado y el No. de Cedula comercial.

4) Se calcula el Espesor Mínimo con la formula anterior.

5) Se compara el espesar obtenido (t) mediante tablas, con el espesor mínimo calculado (tm).

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6) Si tm es mayor que t, hay que seleccionar un No. de Cedula mayor para el tubo que satisfaga al tm del tubo.

Con todo lo anterior se puede definir una especie de procedimiento de relevante importancia para la realización de un satisfactorio y seguro diseño de tuberías. La siguiente lista muestra los pasos que deben completarse en el diseño mecánico de cualquier sistema de tubería:

Establecimiento de las condiciones de diseño, incluyendo: Presión Temperatura Velocidad del Viento Choques del Fluido Gradientes térmicos Cargas cíclicas y números de ciclos.

Selección de los materiales de las tuberías de acuerdo a la corrosión y resistencia. Selección de las clases de Bridas y Válvulas. Cálculo del espesor mínimo de pared para la temperatura y presión de diseño

(ASME B31.3). Establecimiento de una configuración aceptable entre los puntos terminales de la

tubería. Establecimiento de una configuración aceptable de soportes para el sistema de

tuberías. Análisis de esfuerzo por flexibilidad satisfaciendo los criterios del código ASME

B31.3, así como los requerimientos adicionales cubiertos en las normas propias de la empresa.

Ejecución de análisis especiales de esfuerzos por cargas sísmicas, de viento, gradiente térmico o fatiga, si fuesen requeridos.

Además de tomar en cuenta todas las consideraciones anteriores, es fundamental crear criterios de decisión muy sólidos al momento de poder diseñar el trazado y configuración definitiva del sistema. Para ello es importante prever un buen diseño de acceso, el cual se refiere a los requerimientos mínimos necesarios para facilitar las tareas de operación y mantenimiento.

Entre los parámetros a tomar en cuenta están:

Alturas Libres:Mínimo 300 mm para tubos sobre durmientes.Mínimo 2200 mm para paso de personas.Mínimo 2500 mm para áreas donde operan equipos móviles de carga.Mínimo 3700 mm donde se requiera paso de vehículos automotores.

Espacio entre líneas:La distancia mínima que separa los bordes exteriores delas paredes de los

tubos en tramos rectos sin bridas , debe ser mayor de 75 mm.

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La distancia mínima que se guardará para espacios entre líneas donde una o ambas tengan bridas no coincidentes tendrá una holgura de 25 mm entre el borde de la brida de mayor diámetro y la pared del tubo adyacente.

PROBLEMAS.

1. Se van a manejar 200 GPM de un líquido a una velocidad de 10.5 FPS y una presión de 150 psig. Que diámetro nominal y No. cédula comercial recomendaría para la tubería, si el tubo es de acero al carbono con una fatiga de 10,500 PSI. Verifique por espesor mínimo, considerando y=0.4

2. Se van a conducir mediante una tubería de 120m3/hr de un fluido que tiene una gr. sp. de 0.95 y una velocidad de 11 FPS, con una presión de 250 psig. El material del tubo es de acero al carbón y tiene una fatiga de 15,000 PSI. Especifique el No. de cédula y el diámetro nominal del tubo, verificando por espesor mínimo. Considere y=0.4

3. Se van a transportar 85,000 lb. /hr de un vapor de agua a 360psig y una temperatura de 600°F mediante una tubería de acero al carbón cuyo esfuerzo permisible de trabajo es de 12,500 PSI. Determine el diámetro nominal del tubo, así como el numero de cedula comercial, sabiendo que el volumen especifico del vapor es de 1.2384 ft3/lb. La velocidad del vapor es de 6,000 FPM. Verifique por tm considerando y=0.4.

4. Se van a manejar 85 Ton/hr de un líquido que tiene una Gr. Sp. De 1.2 y lleva una velocidad de 11.5 fps, la presión del fluido es de 15.5 Kg. /cm2, la tubería es de ac. al c. con una fatiga de 18,000 PSI, Y = 0.4.

MATERIALES DE CONSTRUCCION DE LOS TUBOS

Las tuberías se construyen de diferentes materiales de construcción, los más comunes son:

a) Tubería de acero al carbón. b) Tuberías de aleaciones de acero.c) Tuberías de hierro. d) Tuberías de plástico.e) Tubería de cobre.

TUBERIAS DE ACERO AL CARBON

MATERIALES DE FABRICACION DE TUBERÍAS

MATERIAL DESIGNACIÓN GRADO APLICACIÓNAcero A-105 - Altas Temperaturas

Al A-181 I y II Uso GeneralCarbono A-350 LF1,LF2, LF3 y LF5 Bajas Temperaturas

Acero A-182

F1 y F2

Altas Temperaturas y moderada corrosión

Aleado A-335 P2,P11,P21 Altas temperaturasAcero A-182 F5ab,F6a- Altas temperaturas y

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Inoxidable 2,F9,F11,F12,F22,F304, F304L,F310,F316,F316L

,F321

servicios severos de corrosión

Los tubos de acero al carbón se han clasificado en tres rangos muy importantes y estos son:

a) .-Tubería de línea (Line Pipe) b) .-Tubería tipo broca (Drill Pipe) c) .-Tubería envolvente (Casing Pipe)

TUBERIA DE LINEA.

La tubería de línea está clasificada en tres grupos principales que son:

A-53. (negra o galvanizada, con costura 0 sin costura) A-120. (negra o galvanizada, con costura 0 sin costura) A-106. (negra sin costura)

La A-53, es el tubo mas comúnmente usado para servicios generales, es fabricado bajo las normas de la A.S.T.M., puede ser obtenido ya sea negro o galvanizado, se fabrica con costura (butt-welded o lap-welded) o sin costura. Los grados que se tienen en el mercado son los "A" y "B". Se utiliza para bajas presiones, servicios generales, temperaturas medias, puede ser doblado, requiere análisis químicos (se debe de controlar el fósforo), requiere de pruebas de tensión y requiere prueba hidrostática.

La A-120, cubre el tubo negro o galvanizado en los tamaños de 12” de diámetro y menores se le utiliza para usos ordinarios en el manejo de vapor, agua, gas y aire, no debe ser usado en medias y altas temperaturas, no debe ser doblado, la especificación no requiere de pruebas físicas aparte de la prueba hidrostática y no requiere de análisis químicos, se le encuentra en el mercado con costura (Iap-welded o butt-welded) ó sin costura.

La A-106, es un tubo de acero al carbón para servicios de altas temperaturas y altas presiones, cubre los dos grados "A" y "B" se le obtiene solo sin costura, el material que se utiliza en su fabricación es el acero de hogar abierto, se obtiene en un amplio rango de tamaños y en todas las cedulas. El acero de homo eléctrico para la especificación A-106 no se tiene en existencia y puede ser obtenido solo por sobre pedido.

Para la tubería A-106 debe exigirse certificado de control de calidad.

Existen en el mercado otras especificaciones para tubos de acero al carbón y son:

A-134, en tamaños de 16" de diámetro y mayores, el tubo soldado por fusión eléctrica puede ser ya sea la costura en forma de espiral o recta. La especificación A.S.T.M., A-134, sugiere que el tubo sea rolado de placa A.S.T.M., A-285, A-283 ó A-245; sin embargo otras calidades de placa soldable pueden ser empleadas. La resistencia de la soldadura y el revestimiento, deben estar de acuerdo con los procedimientos de calificación de procedimientos de la

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American Welding Society y deberán ser igual a la mínima resistencia a la fatiga de tensión (PSI) de la placa.

ESPECIFICACION GRADO A GRADO B GRADO C GRADO DA-285 45,000 50,000 55,000 --------A-283 45,000 50,000 55,000 60,000A-245 48,000 50,000 55,000 -------

A- 135, es un tubo para propósitos generales, no excediendo de 30" de diámetro, son fabricados por el método de soldadura de resistencia eléctrica, además de las pruebas usuales de tensión hechas sobre una gran variedad de bases, ambas terminaciones de cada tramo deberán ser de acuerdo con los requerimientos lisos requeridos.

A-135, provee dos grados "A" y "B", pera solamente el grado "A" se recomienda para rebordearse y doblarse. Los extremos pueden ser lisos, biselados o roscados.

A-139, también son disponibles para servicios ordinarios, son soldados por el método de fusión eléctrica en tamaños mayores de 4" de diámetro con espesores arriba de 5/8", la costura puede ser recta o en espiral. Los grados de acero disponibles "A" y "B" son grados laminados, sus propiedades técnicas pueden diferir de los grados de la placa estándar.

TUBERIA TIPO BROCA (DRILL PIPE)

Estos tipos de tubos tienen las siguientes propiedades: soportan grandes cargas, fricciones altas, cambios de dirección y ser doblados.

Se adquieren bajo las especificaciones API-5A en los grados D y E, también se le conoce como tubería de perforación. El punto de ruptura para el grado D es de 95,000 PSI y el de grado E es de 100,000 PSI. Para cada uno de los diámetros del tubo hay un solo espesor como se ve en la siguiente tabla:

DIAMETRO EXTERIOR

ESPESOR2 7

8 0.362”

3 12 0.368”

4 12 0.397”

5” 0.362”

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TUBO ENVOLVENTE O CORAZA (CASING PIPE)

Se utilizan coma protección en las perforaciones petroleras, se adquieren bajo las especificaciones API-STD-5A y API-STD-5AX, tienen las siguientes características: soportan grandes cargas, altas fricciones, cambios de dirección, ser doblados. Dentro de esta especificación también se cuenta con el tubo SHORT THREAD AND COPLE (STC), dentro de esta especificación (STC) se tienen los grados H-40 y J-55.

Otro tipo de tubo es el LONG THREAD AND COPLE (L TC), la cual tiene los siguientes grados: El J-55, N-80 Y el P-110.

El API publicó la especificación API 5 L, cubriendo acero de hogar abierto y acero forjado, para usos de transporte de gas, agua o aceite.

El tubo puede ser con costura o sin costura y son fabricados en los grados "A", "B" y "C".

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TUBERIAS DE ALEACIONES DE ACERO

Para aplicaciones muy especiales se usan aleaciones de acero, lo que nos da una mejor resistencia a los servicios severos y así tenemos que las tuberías de acero al Carbono-Molibdeno se pueden adquirir en los tipos A-204 con costura y A-335 sin costura, se utilizan para temperaturas no mayores de 470°C.

La tubería de acero al Cromo-Molibdeno se emplea para temperaturas hasta de 590°C, el material para una tubería deberá seleccionarse después de una revisión de las condiciones técnicas y económicas; por ejemplo, cuando se combina la alta temperatura y la acción corrosiva, es conveniente usar una aleación de 5% molibdeno (A-335 grado 5), para temperaturas de hasta 510°C se usa 0.5% cromo y 0.5% molibdeno (A-235 grado P-2).

ACEROS INOXIDABLES (CROMO - NIQUEL)

Un importante crecimiento en la industria del tubo son los aceros inoxidables del tipo austenistico, una rama del grupo de los inoxidables, su gran resistencia, su capacidad para resistir altas temperaturas, su alta resistencia a la corrosión, los hacen invaluables para muchas sistemas, químicos, petroleros y de potencia (vapor).

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Una especial consideración debe tenerse en cuenta en los aceros 18/8 cuando son soldados y usados para resistir corrosión a temperaturas de 800 a 1500°F. A estos rangos de temperatura críticos se forman carburos de cromo a través de los límites del grano que trae como consecuencia una reducción en la resistencia a la corrosión. Esto sin embargo, puede ser minimizado por la adición al acero de pequeñas cantidades de elementos estabilizadores, tales como culombio o titanio, o por otros métodos que se verán mas adelante en el curso.

TUBOS PARA BAJAS TEMPERATURAS

La especificación A-333 es una publicación que está teniendo una creciente aceptación, ya que establece un estándar de los mínimos requerimientos para tubos sujetos a servicios de bajas temperaturas extremas.

TUBERIAS DE FUNDICION

Se emplean para conducir diferentes fluidos y se adaptan muy bien para su empleo bajo tierra o agua. Suelen ir revestidas por dentro y por fuera de algún material, como alquitrán, asfalto o cemento, cuando las condiciones a las que funcionan las exponen a una corrosión. Las tuberías se encuentran en el mercado con diversos espesores de pared y en forma de campana y espiga o bridadas, Se fabrican en dos formas: las fundidas en foso de colada y las centrifugadas.

TUBERIAS DE DURIRON

El duriron es un hierro con elevada proporción de silicio y contiene aproximadamente 14.5% de silicio y 0.85% de carbono, resiste la mayoría de los agentes químicos, como el acido sulfúrico, el nítrico y el acético, a cualquier concentración y temperatura.

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TUBERIAS COMUNES Y PARA SERVICIOS ESPECIALES DE METALES NO FERROSOS.

Se encuentran en el mercado en unas 17 aleaciones de aluminio y diferentes revenidos, variando la resistencia de cada una en el intervalo de temperaturas de trabajo (hasta 260°C como máximo).

TUBOS COMUNES Y PARA SERVICIOS ESPECIALES DE COBRE.

Estos se obtienen en una gran variedad de diámetros y de espesor de pared:

Los tubos para servicios especiales sin costura se fabrican en "D.E" y en “D.I.”, que varían de 1/32 a 16 pulg. Y un espesor de pared que va del calibre o galga 36 B&S. (0.005) para el tubo delgado a 0000 del calibre B&G. (0.75") para el diámetro de 16”.

Los tubos de cobre para servicios especiales con agua son más costosos porque se fabrican con tolerancias de solo la mitad de las admitidas para los tubos ordinarios de cobre, con el fin de permitir el uso de accesorios estampados y soldados. El diámetro nominal es de 1/8 menor que el diámetro exterior. Las presiones de trabajo varían con el espesor de pared, el diámetro, la aleación de que se trate y el tratamiento térmico.

TUBERIAS DE COBRE.

TIPO M.

Fabricado en temple duro con longitudes de 6.10 metros con diámetros nominales de 3/8, cubre las necesidades corrientes y normales es una instalación de abastecimiento de agua de edificios.

Soporta con gran margen de seguridad las presiones usuales.

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TIPO L.

De pared un poco más gruesa que la anterior, fabricado en temple duro con longitudes estándar de 6.60 m. y un temple suave, en rollos de 15 metros.

Se utiliza para condiciones mas severas (agua caliente o vapor y tendido de tuberías en el subsuelo, gas refrigeración, etc.).

TIPO K.

De pared más gruesa que el anterior para uso industrial (altas presiones de vapor o agua), también con conexiones soldadas.

Las soldaduras para la tubería de cobre se fabrican en forma de cordón de 3 mm de espesor en carretes de 450 gr.

La No. 50: Que tiene 50% estaño y 50% plomo con una temperatura de fusión de 183°C.

La No. 95: Que contiene 95% de estaño y 5% de antimonio con temperaturas de fusión de 230°C.

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TUBOS DE PLOMO Y REVESTIDOS DE PLOMO

El tamaño nominal del tubo es el diámetro interior efectivo, para los tamaños de 3/8" a 2", cuando es necesario Que la tubería tenga resistencia y rigidez pueden emplearse tubos de acero revestidos de plomo.

TUBOS COMUNES Y PARA SERVICIOS ESPECIALES.

Hay en el mercado gran número de materiales con el que se fabrican tubos comunes y para servicios especiales. No existe ninguna normalización especial en cuanto al tamaño por lo que si se requiere de mas detalles deben consultarse los catálogos de los fabricantes.

TUBOS COMUNES DE ASBESTO – CEMENTO.

Con cemento Portland y asbesto se fabrican tubos sin costura y por lo general con los extremos lisos. El tubo de este material es resistente a la corrosión y encuentra aplicaciones especiales en la conducción de fluidos relativamente corrosivos.

TUBOS DE CARBON GRAFITO.

Estos materiales resisten prácticamente a todos los ácidos (incluso el fluorhídrico), los álcalis y las soluciones salinas así como los compuestos orgánicos, salvo los de un carácter muy oxidante. Combinan una resistencia razonable con un peso ligero y son muy resistentes a los choques térmicos, su coeficiente de dilatación es de un cuarto a un quinto el correspondiente al acero.

TUBOS COMUNES.

Los tubos de gres y sus accesorios resisten la acción de la mayoría de los ácidos, álcalis u otros agentes corrosivos, siendo la principal excepción al ácido fluorhídrico, se fabrican en el mayor número de tamaños y medidas con junta de enchufe.

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Los tubos de gres para albañal, se emplean para conducir aguas negras, desperdicios industriales y aguas de lluvias, se usa la junta espiga y campana con una empaquetadura de estopa y cemento u otros materiales.

TUBOS DE PLASTICO.

Se puede decir que dos son los materiales más comunes para fabricar tuberías de plástico y estas son: Los termoplásticos y los termoestables.

Los termoplásticos se suavizan con el calor para, posteriormente recuperar su resistencia y otras propiedades al enfriarse, esto quiere decir que la maquinaria para extrusión puede calentar un material como el cloruro de polivinilo, forzarlo a pasar a través de un dado anular, enfriarlo y de esta manera producir una tubería la cual funcionara bien a temperatura ambiente o aun con agua caliente.

Las sustancias termoestables sufren cambios deseables y permanentes cuando se calientan. Las tuberías construidas de estos materiales consisten de una pared compuesta (ver figura No. 1). Las resinas epoxi cas los poliésteres y las resinas fenólicas son los principales materiales termoestables, reforzados con fibra de vidrio o papel de asbesto, algunos plásticos reforzados son considerados apropiados aún para servicios con vapor exhausto a 300°F.

Como regla general la tubería de plástico es resistente a la corrosión, tiene una superficie tersa por ambos lados y es fácil de unir. Su gran inconveniencia es la baja resistencia que tiene al calor y al fuego, así como su baja resistencia mecánica.

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En los últimos años los termoplásticos han tenido un enorme avance en servicios para drenaje, desechos y Líneas de venteo donde compiten con el hierro fundido. El Acrilonitrilo-butadien-estireno (ABS) y el cloruro de polivinilo (PVC) son los lideres en este ramo. Las tuberías para agua es otro gran mercado para los termoplásticos. El PVC predomina pero el poliestireno (PE) es de algún valor. El PVC clorinado es el mejor para agua caliente hasta temperaturas de 200°F. El ABS puede manejar petróleo y gas.

El hule plástico de estírenos, el polipropileno, el polibutadieno (PS) y el acetato de butirato de celulosa (CAB) son otros materiales empleados en tuberías.

ACCESORIOS PARA TUBERIAS.

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Cuando se requiere unir más de un tubo para formar una tubería, dar cambios de dirección, hacer inserciones, hacer retornos, se requiere de accesorios.

Estos se encuentran en el mercado; ya sea roscados, soldables o bridados, los materiales de construcción deben ser los mismos de que esta construida la tubería en donde serán aplicados.

Accesorios de Tuberías: Estos son todos aquellos elementos que instalados en conjunto con el tubo, conforman el sistema de tuberías.

En todo sistema de tuberías se hacen presente los siguientes elementos:

Codos de 90º (radio corta o radio largo) Codos de 45º (radio corto o radio largo) Tee rectas o reductoras “Y” laterales Bridas Empacaduras Pernos ( tornillos ) Válvulas de todos los tipos.

¿Cómo especificar algún accesorio?Es importante saber que cuando se va a realizar la adquisición de los materiales

involucrados en el desarrollo de un Proyecto, se cuenta con una amplia gama especificaciones que definen las características del accesorio.

Codos: Denominación: Angulo, Diámetro, Tipo de Radio. (Sch o Rating), Extremos,

Material.o Angulo: Angulo de giro para el Fluido. Ej. 90º.o Diámetro: Diámetro nominal del codo. Ej. 2”.o Tipo de Radio: Radio Largo o Radio Corto (no usado en Refinerías).o No. De Cédula: Cédula del codo (solo para codos de diámetro mayor de 2”.

Ej. Cédula 40

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o Rango de P.: Max. Presión a la cual va a trabajar el codo (solo para codos de diámetro menor o igual a 2”. Ej. 3000#)

o Extremos: Extremos para unir (SW), Biselados (BW), Roscados (THHD).o Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.

Ejemplo de especificación de un Codo:Codo de ¾” * 90°, Radio largo, 6000#, extremos (SW), según ASTM A105.

Tee Recta: Denominación: Diámetro, (Cédula o Rango), Extremos, Material.

o Diámetro: Diámetro nominal de la Tee. Ej. 2”o Cédula: No. De Ced.de la Tee (solo para tee de diámetro mayor de 2”)o Rango: Rango de la Tee (solo para tee de diámetro menor o igual a 2”)o Extremos: Extremos para unir (SW), Biselados (BW), Roscados (THHD).o Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.

Ejemplo de especificación de una Tee recta:Tee recta 4”, Ced. 40, extremos biselados (BW), según ASTM A234 gr. WPB.

Tee Reductora: Denominación: Diámetro, (Ced. o Rango), Extremos, Material.

o Diámetro: Diámetro nominal de la Tee y del ramal. Ej. 4”x4”x2”o Ced: No de ced. de la Tee (solo para tee de diámetro mayor de 2”)o Rango: Rango de la Tee (solo pata tee de diámetro menor o igual a 2”)o Extremos: Extremos para encastrar (SW), Biselados (BW), Roscados

(THHD).o Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.

Ejemplo de especificación de una Tee reductora:Tee reductora de 4”x4”x3”, Ced. 40, extremos biselados (BW), según ASTM A234 gr. WPB.

Reducciones: Denominación: Tipo, diámetros, extremos, (Ced. o Rango), Material.

o Tipo: Excéntrica o Concéntricao Diámetro: Diámetros nominales de la reducción. Ej. 8”x6”.o No. De Ced.: Cedula de la Tee (solo para tee de diámetro mayor de 2”)o Rango: Rango de la Tee (solo pata tee de diámetro menor o igual a 2”)o Extremos: Extremos para encastrar (SW), Biselados (BW), Roscados

(THHD).o Material: Material de codo. Ej. ASTM A105.

Ejemplo de especificación de una Tee recta:Reducción excéntrica 2”x1”, extremos para encastrar (SW), 3000#, según ASTM A105.

Existen diferentes formas de accesorios para tubería y estas son:

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Codos de 45°, codos de 90°, tes, cruces, tuerca unión, niples, copies, tapón macho, tapón cachucha, reducción campana, reducción bushing, brida roscada, entre otras.

Codos de 45°, codos de 90°, retornos de 180°, tes, cruces, reducciones, campana (concéntrica y excéntrica), injertos, tapón, cachucha, bridas soldables, entre otras.

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PARA TUBERIA BRIDADA

Son la mismas que las soldables, solo que se le adiciona una brida en cada extremo para facilitar la unión.

BRIDAS

Las bridas estándar de acero forjado se clasifican coma ASA-150, 300, 400, 600, 900, 1500 Y 2500 PSI.

Las especificaciones de la ASTM para bridas de acero forjado son la A-181, para servicio general, la A-105, para altas temperaturas y la A-182, para aleaciones de acero. Las bridas se fabrican para todos los tamaños nominales de tuberías y en diferentes tipos, tales como:

a. Bridas de cuello soldable (Welding Neck)

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b. Bridas deslizantes (Slip-On)

c. Bridas de solapa (Lap-Joint)

d. Bridas de enchufe (Socket-Weld)

e. Bridas roscada (Screwed)

f. Brida ciega (Blind)

g. Brida de reducción (Reducing)

Se tienen dos c1asificaciones para bridas de hierro fundido; la ASA-125 PSI y la ASA-250 PSI, tienen respectivamente las mismas dimensiones en la cara y centro de barrenos que las clasificaciones ASA-150 PSI Y ASA-300 PSI para bridas de acero; las bridas de hierro fundido se fabrican de acuerdo con la ASTM-A-126.

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Bridas: Son accesorios para conectar tuberías con equipos (Bombas, intercambiadores de calor, calderas, tanques, etc.) o accesorios (codos, válvulas, etc.). La unión se hace por medio de dos bridas, en la cual una de ellas pertenece a la tubería y la otra al equipo o accesorio a ser conectado. La ventajas de las uniones bridadas radica en el hecho de que por estar unidas por espárragos, permite el rápido montaje y desmontaje a objeto de realizar reparaciones o mantenimiento.

Brida para tubería

Brida es el 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.

Unión bridada.

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Bridas en tuberías de acero inoxidable (en primer plano).

Tubería con brida y brida ciega.

Partes de una Brida

Ala Cuello Diámetro de pernos Cara

Tipos de bridas

Los diseños de las bridas más habituales son:

Bridas de cuello para soldadura Bridas locas (lap joints). De enchufe y soldadura Bridas roscadas Bridas ciegas[

Bridas de aislamiento eléctrico Bridas en ocho

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Tipos de caras

Las caras de las bridas están fabricadas de forma estándar para mantener unas dimensiones concretas. Las caras de las bridas estándar más habituales son:

Cara plana (FF) Cara con resalte (RF) Cara con anillo (RTJ)

NOTA:

Ring type joints. Los ring type joints, también llamados juntas rtj, son juntas de ventajas ampliamente reconocidas. Los ring-joints son anillos de metal, maquinados según padrones establecidos por la API (American Society of Mechanical Engineers), para uso de los ring-joints en aplicaciones de elevadas presiones y temperaturas. Las juntas RTJ, es decir, los ring type joints, tienen distintas aplicaciones, pero una de las más típicas son Christmas-Tree ("Árbol de Navidad"), que se utilizan en los campos de producción de petróleo.

Al usar juntas tipo rtj, o ring type joints, el sellado se obtiene en una línea de contacto, por acción de cuña, con lo cual se dan presiones elevadas de aplastamiento. De este modo, se fuerza al material a escurrir en esta región. El área de sellado, pequeña, con alta presión de contacto, resulta de gran confiabilidad. Por otra parte, las superficies de contacto de la junta, así como de la brida, han de ser cuidadosamente maquinadas y acabadas. Algunos tipos son activados por la presión, es decir que mayor será la sellabilidad cuanto mayor sea la presión.

En cuanto a los materiales para los juntas tipo RTJ, o ring type joints, no deben ser forjados o laminados. En las juntas tipo RTJ tampoco se deben usar fundidos. En cuanto al acabado superficial, no debe haber irregularidades. En lo referente a la dureza de las juntas tipo RTJ, o ring type joints, se recomienda que la misma siempre sea menor que la de la brida, de modo de no dañarla.

Esta diferencia debe ser de, por lo menos, 30 HB. En el caso de que los materiales de la junta tipo RTJ y de la brida tuvieran una dureza semejante, será necesario realizar un tratamiento térmico a la junta tipo RTJ, a fin de hacer que la misma tenga la menor dureza posible.

Hay distintos tipos de ring type joints, o ring-joints, o juntas tipo RTJ:

Junta RTJ tipo 950:

Este tipo de ring type joint fue padronizado originalmente. Sin embargo, a partir de desarrollos posteriores, la junta resultó en otras formas.

En el caso de que las bridas hayan sido proyectadas utilizando las versiones más antiguas de las normas, con canal de alojamiento de tipo oval para el ring-joint, deberá utilizarse solamente el tipo 950.

Junta RTJ tipo 951:

Este tipo de ring type joint tiene sección octogonal.

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Se caracteriza por poseer una mayor eficiencia de sellado. Además, en los nuevos proyectos se recomienda el uso de juntas rtj tipo 951. Las bridas que haya sido producidas en base a las más recientes versiones de las

normas ASME (ANSI) y API, se caracterizan por tener canal con perfil proyectado para recibir las juntas rtj tipo 950 y juntas rtj tipo 951.

Junta RTJ tipo RX:

Este tipo de ring type joint se caracteriza por presentar una forma especialmente proyectada para utilizar la presión interna a modo de auxilio para el sellado.

La cara externa de la junta rtj tipo rx hace el contacto inicial con la brida haciendo de esta manera el aplastamiento y el sellado.

Conforme la presión interna de la línea o equipamiento aumente ocurrirá lo mismo con la fuerza de contacto entre brida y junta; de esta manera, se aumenta la eficiencia del sellado.

Esta característica de proyecto hace, pues, a este tipo más resistente frente a las vibraciones que se producen durante el proceso de perforación así como también elevaciones súbitas de presión y choque, que son muy comunes en, por ejemplo, los trabajos en campos de petróleo.

La junta rtj tipo rx es perfectamente intercambiable con las juntas rtj tipo 950 y las juntas rtj tipo 951, utilizando el mismo tipo de canal de alojamiento en la brida así como el número de referencia.

Junta RTJ tipo BX:

Este tipo de ring type joint se caracteriza por poseer sección cuadrada con cantos chaflanados.

La junta rtj tipo bx fue proyectada para emplear solamente en bridas API 6BX, con presiones de 2000 a 20000 psi.

En las juntas rtj tipo bx el diámetro medio es ligeramente mayor que el del alojamiento en la brida. La junta, al ser montada, queda pre-comprimida por el diámetro externo.

Con esto se crea el efecto de elevación de sellado, con el aumento de presión de operación.

En cuanto a las conexiones que utilizan juntas rtj tipo bx, se caracterizan por posee pequeña interferencia.

La junta resulta estampada por los alojamientos de las bridas, y por esto no se la puede reutilizar.

Otros tipos de Juntas RTJ:

Existen otros tipos de ring type joint, así como de juntas metálicas en general. Se trata de juntas de uso bastante delimitado, como por ejemplo las tipo delta, las

tipo lente y las Bridgeman.

Bridas ASME/ANSI

Las bridas para tuberías según los estándar ASME/ANSI B16.5[5] o ASME/ANSI B16.47[6]

normalmente están hechas a partir de forja con las caras mecanizadas. Se clasifican

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según su 'clase de presión' (una relación a partir de la cual se puede obtener una curva según la resistencia al efecto conjunto presión-temperatura). Las clases de presión (pressure classes o rating, en inglés) se expresan en libras por pulgada cuadrada (lb / in2

o, simplemente, el símbolo #).

Las clases más usuales son: 150#, 300#, 600#, 900#, 1500# y 2500#, aunque ASME B16.47 reconoce la clase 75# la cual está pensada para presiones y temperaturas de trabajo de baja exigencia.

Cuanto mayor es la clase de presión de las bridas de una red de tuberías, mayor resistencia presentará dicha red al efecto conjunto de la presión y la temperatura. Así, por ejemplo, un sistema con clase 150# difícilmente soportaría unas condiciones de presión y temperatura de 30 bar y 150 °C, mientras que una clase 300# sería la ideal para esas condiciones. Cuanto mayor es la clase de tuberías de una brida, mayor es su precio, por lo que resultaría un gasto no justificado el empleo de unas bridas de 600# para este caso concreto.

Materiales

Los materiales usados normalmente son (según designación ASME):

SA-A105 SA-A266 SA-A182

Notas y Referencias

1. Empleadas en uniones de grandes diámetros2. Es una pieza completamente sólida sin orificio para fluido, y se une a las tuberías

mediante el uso de tornillos, se puede colocar conjuntamente con otro tipo de brida de igual diámetro, cara y resistencia.

3. Empleadas para evitar el paso de corriente eléctrica entre dos zonas4. Son dos discos unidos, uno permite pasar el fluido y el otro no5. y siempre son metálicas, es decir, no hay plásticas. Este estándar es para bridas de

diámetro nominal de 24" y menores6. Para bridas de más de 24" de diámetro nominal7. Especificación de Acero al Carbono de forja empleada en sistemas de tuberías8. Especificación de Acero al Carbono de forja para elementos dentro de caldera y

recipientes a presión9. Especificación para forja de bridas de acero de baja aleación para tuberías en

servicios de alta temperatura

Las bridas estándar de acero forjado se clasifican como ASA-150, 300, 400, 600, 900, 1500 y 2500 PSI.

Las especificaciones de la ASTM para bridas de acero forjado son la A-181, para servicio general, la A-105, para altas temperaturas y la A-182, para aleaciones de acero. Las

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bridas se fabrican para todos los tamaños nominales de tuberías y en diferentes tipos, tales como:

a) Bridas de cuello soldable (Welding Neck)b) Bridas deslizantes (Slip-On)c) Bridas de solapa (Lap-Joint)d) Bridas de enchufe (Socket-Weld)e) Bridas roscada (Screwed)f) Brida ciega (Blind)g) Brida de reducción (Reducing)

BRIDAS DE HIERRO FUNDIDO

Se tienen dos clasificaciones para bridas de hierro fundido; la ASA-125 PSI y la ASA-250 PSI, tienen respectivamente las mismas dimensiones en la cara y centro de barrenos que las clasificaciones ASA-150 PSI y ASA-300 PSI para bridas de acero; las bridas de hierro fundido se fabrican de acuerdo con la ASTM-A-126.

Plantilla de catalogación de las Bridas

INFORMACIÓN DESCRIPCIÓN DE LA INFORMACIÓN

Tipo de BridaLas Bridas pueden ser: WN, SW, SLIP-ON, Roscada, Blind, Reductora, LWN y Orificio.

Tipo de cara de junta Los tipos de cara de junta pueden ser: FF, RF, RTJ.Tamaño Se refiere al diámetro nominal del tubo que va a ser

empalmado con la brida.Clase o Rating Es la relación Presión-Temperatura (125, 150, 250, 300, 600,

900, 1500 Lbs).Schedule Se refiere al del tubo que va a ser unido a la brida. Aplica para

Bridas WN, SW o Reductoras.

Material Se debe indicar la norma de fabricación de la Brida.

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Materiales usados en la fabricación de las Bridas

MATERIAL DESIGNACIÓN GRADO APLICACIÓNAcero A-105 - Altas Temperaturas

Al A-181 I y II Uso GeneralCarbono A-350 LF1,LF2, LF3 y LF5 Bajas Temperaturas

Acero A-182

F1 y F2

Altas Temperaturas y moderada corrosión

Aleado A-335 P2,P11,P21 Altas temperaturasAcero

InoxidableA-182 F5ab,F6a-

2,F9,F11,F12,F22,F304, F304L,F310,F316,F316L,

F321

Altas temperaturas y servicios severos de corrosión

VALVULAS

Válvulas: Las válvulas se han clasificado en:

a) Manualesb) Semiautomáticasc) Automáticas

Las válvulas manuales son aquellas en que el trabajador hace contacto con ellas para operarlas.

Las válvulas automáticas, se caracterizan por ser válvulas que integran los elementos de cierre, actuación y medición, que les permite regular en forma automática: presión, temperatura, flujo, nivel, velocidad, etc. Estas válvulas también son conocidas como reguladoras de presión, válvulas de seguridad, de alivio, de venteo, trampas de vapor, eliminadoras de aire, etc. Se excluye de esta descripción cualquier válvula manual a la cual se le adapta un operador ya sea eléctrico o de solenoide, de pistón neumático o hidráulico, ya que en este caso no sería más que una válvula manual automatizada, pero que no se auto-opera en virtud de que no cuenta con sus elementos propios.

En términos generales se puede definir a una válvula como:

Un dispositivo mecánico para controlar el flujo de cualquier fluído entubado.

El objetivo de instalar una válvula, puede tener uno solo ó una combinación de los siguientes:

Obturar ó permitir el flujo (hermeticidad total, hermeticidad relativa). Regular Flujo (volumen, temperatura, presión, dirección). Evitar el retroceso del flujo.

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Existe una gran diversidad de válvulas para lograr los objetos señalados, entre los más comunes en acero fundido son:

Grupo de compuertas: Válvulas de compuerta sólida tipo cuña.

Grupo de globos: Válvulas de globo disco esférico, válvulas de globo disco cónico.

Grupo de retenciones: Válvula de retención tipo columpio.

Para seleccionar una válvula correcta para una aplicación específica no es una tarea sencilla, ya que el diseñador tiene una amplia gama de tipos de válvulas, algunas de las cuales se mencionaron anteriormente.

Cuenta además con una diversidad de materiales para el cuerpo y el bonete de la válvula, que entre otros se tiene:

Acero al carbón ASTM-216 grado WCBASTM-352 grado LCB

(para baja temperatura)

Acero inoxidable ASTM A-351 grado CF8

Acero al carbono-Molibdeno ASTM A-217 grado WC1 y grado C5

Acero al níquel ASTM A-352 grado LC2 y grado LC3

Asimismo, los interiores de la válvula al igual que las guarniciones o zonas húmedas como son: vástago, compuerta o disco, asientos y bujes del asiento del vástago, pueden ser de un material diferente al del cuerpo o con recubrimientos especiales de cromo, monél, estelita, acero inoxidable y disulfuro de molibdeno, en las combinaciones que se deseen.

La ingeniería está tomando actualmente un gran interés por las válvulas, ya que representan una inversión considerable en las plantas industriales y ocupan un lugar importante en los gastos de mantenimiento. Se estima que el 8% de la inversión total en la instalación de una nueva planta está destinado a válvulas.

Se sabe que alrededor del 70% de las válvulas instaladas en la industria de los hidrocarburos es del tipo compuerta; 15% válvulas macho; 2% a 3% válvulas de bola; 1% a 2% válvulas de aguja; 1% válvulas de retención y resto se divide entre válvulas de globo y mariposa. Según estos datos es difícil imaginar una planta química sin válvulas, así también respecto a refinerías, plantas procesadoras de alimentos, lecheras, etc.

Es por ello que se hace necesario conocer sus aspectos más importantes. Para lograrlo vamos a desarrollar 7 temas al respecto.

Definición de válvula. Una válvula es un dispositivo mecánico que permite controlar el flujo de un fluido a través de una tubería.

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Antecedentes

El agua ha sido vital para el hombre, por esta razón fue necesario que tuviera control sobre ella para poder realizar su consumo de acuerdo con sus necesidades.

La palabra control nos explica porque surgió el término válvula, pues si investigamos su origen en una enciclopedia, sabríamos que se relaciona con el vocablo “puerta” Como sabemos, ésta nos permite o no el paso según su posición .De esta manera también se explica porqué en la antiquísima Pompeya se utilizaban ya válvulas, pues al descubrir sus ruinas se encontró un sistema de distribución de agua hecho con tubos de madera y válvulas de mariposa y macho.

La evolución de la tecnología en válvulas fue lenta debido a que hasta hace 120 años, el único fluido importante que se trasportaba de un lugar a otro en tuberías, seguía siendo el agua. Por ello no se justificaba el diseño de más tipos en diversos materiales como los hay en nuestros días.

Al aumentar su demanda por el surgimiento de grandes ciudades industriales, fue necesario que los primeros fabricantes tuvieran que asegurar su funcionamiento mediante pruebas para evitar que ocurrieran más accidentes, debido a que se manejaban ya fluidos en condiciones que exigían se garantizara a los usuarios su seguridad tanto humana como económica. Fue así como surgieron Diversas sociedades técnicas dedicadas exclusivamente a desarrollar normas oficiales para su fabricación y métodos de prueba para sus materiales, así como su funcionamiento.

CONCEPTOS BASICOS SOBRE FLUIDOS.

FLUIDO

Puede presentarse en dos formas o estados; líquido o gas; esto nos confirma que los materiales sólidos no son fluidos pues se caracterizan por su rigidez que les impide fluir.

Los líquidos tienen la capacidad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene y prácticamente son incompresibles. Para darnos una idea imaginemos que para comprimir cierto volumen de agua a un 90% de su valor, se necesitaría una presión algo superior a 2,000 veces la presión atmosférica.

Por otro lado, los gases se adaptan a cualquier recipiente, siempre y cuando sea cerrado y son fácilmente compresibles. Como ejemplo, citamos el aire; con solo incrementar un 11% la presión atmosférica se le puede comprimir a un 90% de su masa original.

TIPOS DE FLUJO

La diferencia entre flujo y fluido es la misma que entre viento y aire, es decir el movimiento. Ahora si podemos mencionar los distintos tipos de flujo que se pueden clasificar de varias formas, como son:

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Flujo Uniforme y no Uniforme. Flujo Laminar y Turbulento. Flujo Permanente y no Permanente. Flujo Ideal y real. Flujo Reversible e Irreversible.

En aplicaciones prácticas el flujo más frecuente es el turbulento. Como su nombre lo indica, el fluido se mueve siguiendo trayectorias muy irregulares.

El tipo más sencillo de flujo es el uniforme. En él, la velocidad es igual en cualquier parte de la línea.

PRESION

Sabemos bien que tanto en las válvulas como sus accesorios tienen zonas internas en contacto con el fluido que conducen, estas zonas representan áreas sometidas al impulso del mismo. A la relación que existe entre este impulso denominado Fuerza y el área se le llama Intensidad de Presión o simplemente Presión.

Normalmente cuando se habla en el medio industrial sobre este concepto se utilizan las siglas PSI o Psig o bien Kg/cm2 cuyo significado es el siguiente:

PSI = Pounds Per Square Inch ( en Ingles ).

Libras por Pulgada Cuadrada ( En Español )

PSIG = Pounds per Square Inch Gauge ( en Ingles ).

Libras por Pulgada cuadrada Manométricas ( en Español ).

Kg/cm2 = Kilogramos por centímetro cuadrado.

PRINCIPIOS APLICABLES.

La hidráulica estudia el movimiento de los fluidos. Su base fundamental la expresó en el siglo XVII el francés Blas Pascal y su enunciado es el siguiente:

La presión en un punto de un líquido en reposo , es la misma en todas direcciones y ejerce igual fuerza sobre áreas iguales.

Debemos comprender perfectamente los dos siguientes enunciados:

Si no hay flujo no hay caída de presión.

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Para establecer un flujo a través de un orificio debe existir una caída de presión.

Existe una gran diversidad de válvulas para lograr los objetos señalados, entre los más comunes en acero fundido son:

Grupo de válvulas de compuerta: Sólida, Tipo cuña-

Grupo Válvulas de Globos: Válvulas de globo disco esférico, de disco cónico.

Grupo de Válvulas de retención: Tipo Columpio.

Para seleccionar una válvula correcta para una aplicación específica no es una tarea sencilla, ya que el diseñador tiene una amplia gama de tipos de válvulas, algunas de las cuales se mencionaron anteriormente.

Cuenta además con una diversidad de materiales para el cuerpo y el bonete de la válvula, que entre otros se tiene:

Acero al carbón: ASTM A-216-WCB ; ASTM A-352-LCB (para baja temperatura).

Acero Inoxidable: ASTM A351-CF8

Acero al carbón-molibdeno: ASTM A-217-WC1 y C5.

Acero al Níquel: ASTM A-352-LC2 y LC3

Asimismo, los interiores de la válvula al igual que las guarniciones o zonas húmedas como son: vástago, compuerta o disco, asientos y bujes del asiento del vástago, pueden ser de un material diferente al del cuerpo o con recubrimientos especiales de cromo, monel, estelita, acero inoxidable y disulfuro de molibdeno, en las combinaciones que se deseen.

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Ilustración 1 válvulas de esfera Ilustración 2 válvula roscada

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TIPOS DE VALVULAS

Dentro del grupo de válvulas existe una gran diversidad de tipos, entre los más comunes tenemos:

Compuerta

Válvula de Compuerta: Las compuertas de disco, actuadas por un husillo, se mueven perpendicularmente al flujo. El disco asienta en dos caras para cerrar. Se usa cuando se requiere frecuente cierre y apertura. No es práctica para estrangulamiento de la vena fluida porque causa erosión en los asientos de la válvula y vibraciones. La bolsa en el fondo de la válvula puede llenarse de depósitos impidiendo el cierre.

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La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento (fig. 1-1).

Recomendada para

Servicio con apertura total o cierre total, sin estrangulación.

Para uso poco frecuente.

Para resistencia mínima a la circulación.

Para mínimas cantidades de fluido o liquido atrapado en la tubería.

Aplicaciones

Servicio general, aceites y petróleo, gas, aire, pastas semilíquidas, líquidos espesos, vapor, gases y líquidos no condensables, líquidos corrosivos.

Ventajas

Alta capacidad.

Cierre hermético.

Bajo costo.

Diseño y funcionamiento sencillos.

Poca resistencia a la circulación.

Desventajas

Control deficiente de la circulación.

Cuña maciza, cuña flexible, cuña dividida, disco doble.

Materiales

Cuerpo: bronce, hierro fundido, hierro, acero forjado, Monel, acero fundido, acero inoxidable, plástico de PVC.

Componentes diversos.

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Instrucciones especiales para instalación y mantenimiento

Lubricar a intervalos periódicos.

Corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.

Enfriar siempre el sistema al cerrar una tubería para líquidos calientes y al comprobar que las válvulas estén cerradas.

No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca.

Abrir las válvulas con lentitud para evitar el choque hidráulico en la tubería.

Cerrar las válvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugre atrapados.

Especificaciones para el pedido

Tipo de conexiones de extremo.

Tipo de cuña.

Tipo de asiento.

Tipo de vástago.

Tipo de bonete.

Tipo de empaquetadura del vástago.

Capacidad nominal de presión para operación y diseño.

Capacidad nominal de temperatura para operación y diseño.

Hay varios diseños que son:

Disco tipo cuña sólida. Disco tipo cuña flexible Disco tipo cuña partida. Disco doble.

Son las más ampliamente utilizadas.

Servicios

Baja frecuencia de operación. Totalmente abierta o completamente cerrada. No regulan. Muy poca caída de presión.

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Globo

Válvula de Globo : El disco situado en el extremo del husillo asienta sobre una abertura circular. El flujo cambia de dirección cuando pasa por la válvula. Buena para producir estrangulamiento debido a la resistencia que presenta al flujo. Produce menor pérdida de carga y turbulencia, es más indicada para servicio corrosivo y erosivo. No es recomendada para servicios de frecuente cierre y apertura. El costo y la eficiencia en el estrangulamiento para válvulas mayores a 6" es desfavorable.

Las podemos encontrar en varios diseños, como son:

Disco Esférico. Disco Tipo Tapón. Disco Tipo Pistón. Angulo Aguja.

La característica significativa de esta válvula es regular el flujo con mínima erosión. Así como también tiene la más alta caída de presión de todas las válvulas

Recomendaciones.

Controlar el flujo a cualquier grado deseado. Operación frecuente. Cierre Positivo para gases y aire.

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3 OPERACION DE UNA VALVULA DE GLOBO

Recomendada para

Estrangulación o regulación de circulación. Para accionamiento frecuente. Para corte positivo de gases o aire. Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.

AplicacionesServicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.Ventajas

Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.

Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el bonete.

Control preciso de la circulación.

Disponible con orificios múltiples.

Desventajas

Gran caída de presión. Costo relativo elevado.

VariacionesNormal (estándar), en “Y”, en ángulo, de tres vías.MaterialesCuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable, plásticos.Componentes: diversos.Instrucciones especiales para instalación y mantenimientoInstalar de modo que la presión este debajo del disco.Registro en lubricación.Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.

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Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por la empaquetadura.Especificaciones para el pedido Tipo de conexiones de extremo. Tipo de disco. Tipo de asiento. Tipo de vástago. Tipo de empaquetadura o sello del vástago. Tipo de bonete. Capacidad nominal para presión. Capacidad nominal para temperatura.

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Retención

Válvula de Retención, oscilante o de bisagra: el flujo mantiene abierto el cierre a bisagra y el flujo en sentido opuesta la cierra. La del tipo basculante con el pivote en el centro evita el golpe al cerrar. Se utilizan contrapesos externos, en los tipos standard, para proveer una mayor sensibilidad para los cambios de sentido en el flujo. Se usa cuando sea necesario minimizar la pérdida de carga. Es mejor para líquidos y para grandes tamaños. No aplicable para líneas sujetas a flujo pulsante. Algunos tipos sólo operan en posición horizontal.

Las hay de varios diseños.

De columpio. De pistón. De Balín.

No permiten el retroceso del flujo ( reflujo ).

Son activadas para abrir con la presión del flujo y cierran en forma rápida y automática cuando se invierte el sentido del mismo.

Servicios Recomendados.

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Retención de contra flujo. Velocidades bajas. En líneas Horizontales o verticales. Baja frecuencia de operación. Mínima caída de presión.

Macho

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La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° (fig. 1-2).

Básicamente existen dos diseños:

Lubricado ( el sello se logra por medio de un sellante ). No lubricado.

Las válvulas macho pueden ser de 2, 3 ó 4 vías.

Ventajas.

Mínimo espacio de instalación. Operación rápida ( con ¼ de vuelta se abre o cierra ) Baja caída de presión. Relativamente baja turbulencia. Operación poco frecuente. Deben estar abiertas o cerradas y no deben usarse para regular.

VALVULA MACHO ROSCADA

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VALVULA MACHO BRIDADA

VALVULA MACHO LUBRICADA BRIDADA

VALVULA MACHO LUBRICADA 4 VIAS

VALVULA MACHO PARA BARRENOS DE EXPLORACION

Bola

Es una adaptación de una válvula macho. En lugar de un tapón cónico usa un esférico (bola).

Servicios Recomendados.

Abierta o cerrada. Mínima Resistencia al Flujo. Apertura Rápida. Temperaturas Moderadas. Su costo de mantenimiento es bajo.

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Mariposa

Existen dos líneas de fabricación:

Agua Industrial.

Características.

El disco gira sobre un eje horizontal o vertical. Requieren poco espacio de instalación. Permiten, obturan o regulan el flujo. Sello hermético. Servicio en planta o subterráneo. Temperatura máxima 65°C. Operación manual o automático.

Las válvulas de mariposa industriales se utilizan para manejar fluidos corrosivos y con sólidos en suspensión.

Tienen baja caída de presión.

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Aguja

Deben su nombre a la forma del extremo del vástago.

Se puede efectuar un estrangulamiento preciso del fluido con este tipo de válvula. Cierre hermético en el manejo de líquidos y gases. Alta presión ( hasta 10,000 psig).

No se recomiendan para manejar vapor ni en líneas de alta temperatura.

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Seguridad

Se utilizan para manejar vapor, aire o gases.

Accionan cuando la presión excede el límite para la cual se calibró la válvula.

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1. Boca de salida lateral.2. Caperuza.3. Sombrerete o bonete.4. Tornillo de ajuste.5. Tuerca de fijación del ajuste.6. Palanca de apertura manual.7. Resorte.8. Husillo o vástago.9. Cuerpo.10.Placa del extremo del resorte.11.Disco de cierre de la válvula.12.Tornillo de fijación del anillo de ajuste.13.Anillo de ajuste del escape.14.Elemento de guiado en parte inferior.15.Asiento.16.Conexión roscada al recipiente.

Figura 2. Válvula de seguridad de acción o presión directa (Im perial Chemical Industries (I.C.I.))

Alivio

Se usan para manejar líquidos nop corrosivos, protegen tanques, tuberías y otros recipientes.

Las válvulas tienen ya de fábrica gravadas las siguientes siglas:

IPS Iron Pipe Size. Medida para el tubo de hierro. Se refiere al diámetro nominal de una tubería.

LPG Liquified Petroleum Gas. Gas licuado derivado del petroleo.RTJ Ring Type Joint Flange. Brida con Junta Tipo Anillo.Sw Socket Weld. Extremos Soldables en caja.WOG Water, Oil, Gas. Agua , Aceite, Gas.SWP Steam Water Pressure. Para trabajar con presión de vapor de

agua.

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Diafragma

Las válvulas de diafragma se utilizan para el corte y estrangulación de líquidos que pueden llevar una gran cantidad de sólidos en suspensión.

En las válvulas de diafragma se aísla el fluido de las partes del mecanismo de operación. Esto las hace idóneas en servicios corrosivos o viscosos, ya que evita cualquier contaminación hacia o del exterior. La estanqueidad se consigue mediante una membrana flexible, generalmente de elastómero, pudiendo ser reforzada con algún metal, que se tensa por el efecto de un eje-punzón de movimiento lineal, hasta hacer contacto con el cuerpo, que hace de asiento.

Las aplicaciones de este tipo de válvula son principalmente para presiones bajas y pastas aguadas que a la mayoría de los demás equipos los corroerían y obstruirían.

Son de rápida obertura.

Hay dos tipos de válvulas de diafragma:

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•Weir (paso restringido): Las válvulas de diafragma tipo Weir se pueden usar en servicios de apertura y cierre y regulación

•Straightway (paso directo) también llamadas Straight-Thru. Estas válvulas de diafragma de paso directo solo se usan en servicios de apertura y cierre.

TIPOS DE EXTREMOS

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Roscados

Las válvulas con este tipo de extremos se instalan fácilmente y son las de menor costo. Las roscas deben cubrir perfectamente las características e4specificadas por la norma para cuerdas de tubo.

Los extremos roscados solo se tienen en válvulas de 6” y menores. No son recomendables donde existan esfuerzos de flexión o temperaturas elevadas, ya que podrían generarse fugas a través de las cuerdas.

Bridados

Los extremos bridados se utilizan en válvulas que son desensambladas frecuentemente para inspección y limpieza, en líneas con diámetros de ½” y mayores. Este tipo de uniones se recomiendan para instalaciones donde se manejan fluidos viscosos como en refinerías y plantas de procesos químicos.

Soldables

Hay dos tipos de extremos soldables: A tope y en caja.

Los primeros se aplican para válvulas de todos los tamaños y los soldables en caja solo en pequeños.

Los extremos soldables solo tienen en válvulas de acero, ya que soldar el hierro no es económicamente recomendable.

Los extremos soldables en las válvulas de acero permiten que estas se recomienden para procesos donde se manejan fluidos con temperaturas y presiones elevadas y se requiera de uniones herméticas.

SELECCIÓN

Generalmente, más de un tipo de válvula es apropiado para realizar una función específica, por lo tanto, si se quiere reducir la selección a un solo diseño, es necesario investigar los factores que influyen en su funcionamiento y el efecto que tienen los fluidos a ser manejados sobre una válvula en particular. Los factores más importantes son:

1. Fluidos a manejar. Propiedades y características.2. Condiciones de operación. Presión y temperatura de trabajo.3. Servicio.4. Tamaño de la válvula.

Es necesario tomar muy en cuenta estos factores, ya que una adecuada selección es básica para lograr un servicio óptimo al menor costo.

Propiedades del fluido a manejar.

Densidad. Viscosidad. Corrosión.

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Erosión.

Características.

El fluido a manejar pueder ser:

Líquido. Gas.

También es necesario analizar si pasarán uno o más fluidos a través de la válvula.

Condiciones de operación.

Debido a que las válvulas están diseñadas para resistir límites ya especificados, de presión y temperatura, es necesario conocer a que presión y a que temperatura va a trabajar la línea; es decir, sí son bajas, altas u oscilantes.

Un error muy común, al seleccionar una válvula es suponer que si la línea está operando por ejemplo, a una presión máxima de 200 psig y una temperatura de 100°F, se debe recomendar una válvula clase 200 pudiendo instalar una clase 150 que trabajaría óptimamente en las mismas condiciones, además de que su costo es menor. Esto ocurre cuando no se consulta la información técnica especificada por los fabricantes.

Servicio.

Hay que tomar en cuenta sí la válvula va a trabajar para:

Obturar o permitir el paso del fluido. Regular flujo. Prevenir el contra flujo. Prevenir la sobre presión.

Tamaño de la válvula.

Es importante conocer el tamaño de la válvula requerida, pues en ocasiones se selecciona alguno fuera de la línea de producción de los fabricantes de válvulas.

ACCIONAMIENTO DE VALVULAS

El accionamiento de las válvulas puede efectuarse mediante diferentes dispositivos, de acuerdo a las características de operación de las mismas.

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MECANICO

Volante

Se utiliza sólo cuando el par de operación no es muy grande (en válvulas pequeñas o para presiones bajas ), ya que el movimiento del volante es transmitido directamente al vástago de la válvula. Este tipo de accionamiento se emplea en válvulas de compuerta, globo y aguja.

Palanca

Al igual que en el tipo de operación mediante un volante, la palanca se usa solo cuando el par de operación es pequeño y en válvulas que abran y cierren con un giro de 90° ; como es el caso de las mariposas y machos.

Cadena

Cuando las válvulas se instalan en sitios altos o inaccesibles , este dispositivos permite operarlas con seguridad desde el piso.

Extensión

La mayoría de las válvulas son operadas simplemente por medio de volante o palanca suministrados con la válvula. Sin embargo, hay veces que es inconveniente, indeseable o imposible operar la válvula de esta manera. Para satisfacer estas necesidades hay una variedad de alternativas de operaciones manuales y automáticas. Se consideran también como accesorios.

Los accesorios para operación manual se utilizan cuando existen cualquiera de las situaciones siguientes.

1. Inaccesibilidad de la válvula.2. La válvula es de tal tamaño que un hombre no puede abrir ni cerrar la válvula mediante el

volante.

Los vástagos de extensión permiten operación remota de válvulas utilizando una extensión del vástago de cualquier longitud.

POSTE INDICADOR

Se utilizan para operar válvulas de compuerta y globo instaladas en lugares inaccesibles. Un ejemplo de su instalación es en válvulas subterráneas para sistemas contra incendio.

En la parte posterior del poste se requiere la posición del disco para saber sí la válvula esta abierta o cerrada.

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OPERADOR MECANICO.

Este puede ser:

1. De corona.2. Sin fin o de engranes (engrane-piñon).

El funcionamiento de estos operadores es muy simple; en el primer caso el movimiento del volante se transmite al sinfín, de éste a la corona y de la corona al vástago (si es compuerta) o a la flecha (si es una mariposa).

En el segundo, el movimiento va del volante a la flecha del engrane, después al sistema y de éste al vástago o a la flecha de la válvula. Ambos se pueden aplicar a casi cualquier tipo de válvula.

Una selección incorrecta del operador no satisface los requisitos del par de operación.

Si está limitado puede hacer más difícil el accionamiento de la válvula o inclusive llegar a romperse. Si por el contrario, se encuentra excedido, su selección no es económicamente adecuada, además de que el cierre y apertura de la válvula son más lentos.

Estos dos tipos de operadores pueden ser accionados mediante un volante solamente, o bien un volante y cadena.

OPERADOR ELECTROMAGNETICO

Está formado por un operador mecánico y un actuador de motor eléctrico.

Esta clase de operadores se debe ajustar de tal manera que el cierre de la válvula sea en la posición de asiento. El ajuste se lleva a cabo mediante un dispositivo mecánico que interrumpe el paso de la corriente eléctrica hacia el motor cuando la válvula abre, cierra o trabaja anormalmente. Este dispositivo protege al motor de una sobre corriente.

Si por alguna razón se interrumpe la corriente eléctrica, el operador no funcionaría, por lo que debe tener un sistema auxiliar de accionamiento manual para poder operar la válvula, aún en estas condiciones.

Su principal ventaja consiste en ser accionado a control remoto. Aunque esto implique que sean los más caros.

OPERADOR NEUMATICO E HIDRAULICO.

En ocasiones puede ser necesario o deseable tener válvulas operadas automáticamente.

Los operadores neumáticos o hidráulicos son muy simples con un número de partes mecánicas, con presión de aire o de algún fluido ( agua o aceite ) se actúa un pistón conectado a la flecha de la válvula. La principal desventaja es que su tiempo de apertura o

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cierre es mucho más rápido que en uno mecánico o electromecánico. Un electromecánico toma aproximadamente de 30 a 60 segundos o más en cerrar una válvula. En cambio un neumático puede cerrar la válvula casi instantáneamente. Los neumáticos pueden preferirse en casos de fallas de energía eléctrica.

Los hidráulicos pueden preferirse cuando la energía para operarlas se toma de la tubería de la válvula, los cilindros usan agua, aire o aceite como medio de operación.

TOLERANCIAS PARA TUBOS.

En la fabricación de tubos se tienen tolerancias; estas dependerán del tamaño del tubo que se este fabricando y son como se muestra a continuación:

TAMAÑO DEL TUBO TOLERANCIA

De

18

a

1 12

+

164

-

132

De 2” en adelante ± 1% del diámetro ext.

Ejemplo:

Tamaño del tuboEspecificació

nTolerancia min.

Tolerancia Max.2" Φ nom. 2.375 " 2.35125 " 2.39875 "

TIPOS DE COSTURAS EN LOS TUBOS

Como ya se vio, se tienen tuberías con y sin costura los tubos con costura tienen los siguientes tipos de costuras:

UNION DE TUBOS

Como ya se vio, para formar una tubería se requiere unir más de un tubo, y esto se hará dependiendo del servicio a la que estará expuesta la tubería; se tienen cuatro formas de unir tubos y estos son:

Roscados

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Soldados Bridados Campana hembra - macho

Unión Roscada

Este tipo de unión es la mas común de las uniones de tubos, las ventajas de este tipo de unión son que cuando se va a dar mantenimiento o inspeccionar la tubería, solamente se desenrosca el tubo, se cambia la parte dañada y se vuelve a enroscar, sus desventajas son: que trabajan a bajas presiones y tamaños menores de 12" de diámetro.

Roscas de tubos

Cuando se emplean accesorios roscados o cuando debe hacerse una conexión en un agujero aterrajado, se rosca el tubo en ambos extremos para dicho objeto. El ANSI proporciona dos tipos de roscas para tubo: la cónica y la recta o cilíndrica. El tipo normal de tubería lleva rosca cónica interna y externa. Las roscas se tallan sobre un cono de 1/16 pulg. por pulgada de conicidad, medida sobre el diámetro, fijando así la distancia que un tubo entra dentro de un accesorio y asegurando una junta hermética.

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Las roscas para tubos se representan por los mismos símbolos convencionales que las de tornillos pasantes. La conicidad es tan ligera que no aparece en una representación, a no ser que se exagere.Especificación de roscas

Las roscas de tubería se especifican dando el diámetro nominal del tubo, el número de hilos por pulgada y el símbolo literal estándar que designa el tipo de rosca. Se usan los siguientes símbolos ANSI:NPT = rosca cónica para tuboNPTF = rosca cónica para tubo (de sellado o cierre en seco)NPS = rosca recta para tuboNPSC = rosca recta para tubo, en coples o acoplamientoNPSI = rosca recta interna intermedia para tubo (de sellado o cierre en seco)NPSF = rosca recta interna para tubo (de sellado o cierre en seco)NPSM = rosca recta de tubo para juntas mecánicasNPSL = rosca recta de tubo para tuercas fijadoras y roscas de tubo para dichas tuercasNPSH = rosca recta de tubo para coples y niples de mangueraNPTR = rosca cónica de tubo para accesorios para baranda

La especificación de un agujero aterrajado (con rosca para tuberías) debe incluir el tamaño del taladro o broca para el macho de roscar.

Unión soldada

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Este tipo de unión tiene las siguientes ventajas: son para cualquier tipo de presión, cualquier tamaño de tubo, pero tiene la desventaja que debe ser soldado por personal calificado y cuando se da mantenimiento o se va a inspeccionar el tubo es necesario cortar y preparar el tubo nuevamente para aplicar soldadura.

Unión bridada

Este tipo de unión de combina las ventajas de las uniones roscadas y soldadas, es decir son para cualquier presión, cualquier tamaño de tubo y facilita el mantenimiento o inspección, ya que solamente se retiran los tornillos de las bridas, se quita el tubo u accesorio que se va a cambiar, se pone el nuevo, se coloca la junta y tornillos en las bridas, se aprieta, se prueba y se pone a trabajar la tubería, su desventaja es que este tipo de unión es muy caro.

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EJEMPLO

BLUE GARD ESTILO 300

 

Fibras Aramídicas con nitrilo  Beneficios

Excelente sellabilidad Mezclado único de fibras aramidicas  y aglomerante de Nitrilo (NBR), provee una

mejor retención de torque y niveles de emisión son bajados drásticamente.

Ahorros en costos

Mejorando costos de operación reduciendo: Desperdicio de tiempo de mantenimiento, Inventarios, Pérdida de fluidos, Consumo de energía.

Aplicación

Agua Hidrocarburos Alifáticos Aceites Gasolina

 

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Unión campana hembra – macho

Este tipo de unión solo se utiliza en bajadas de agua pluvial, tubos de albañal, tuberías de distribución de agua potable y tuberías colectores de aguas negras. Consta el tubo de un extremo cilíndrico (macho) y el otro acampanado (hembra); se coloca siempre el macho dentro de la hembra como se ve en el dibujo siguiente:

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APLICACION DE LAS TUBERIAS

La aplicación de las tuberías en una industria puede ser para cualquiera de los siguientes usos o combinación de ellos:

Servicios de Proceso.- Aquí se manejan todos los f1uidos que intervienen en el proceso para obtener un determinado producto.

Servicios Generales.- Este uso que es mucho muy importante en cualquier planta de procesos, se manejan los f1uidos de los servicios auxiliares tales como: Agua de enfriamiento, agua cruda, vapor, aire, combustibles, etc.

Drenajes.- Esta forma de usa se utiliza ya sea para drenaje pluvial, industrial y/o sanitaria.

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INSTALACION DE TUBERIAS.

Toda empresa que tenga un proceso químico o similar, la tubería que utiliza para el manejo de sus fluidos puede ser instalada en cualquiera de las siguientes formas o combinación de ellas:

Aérea A nivel de piso Subterránea

INSTALACION AEREA

Este tipo de instalación se recomienda, cuando otro tipo de instalación puede estorbar tanto para el paso de peatones como para el paso de vehículos, o cuando se quiere aprovechar el espacio para instalar otros equipos.

Para hacer este tipo de instalación, se requiere de soportes los cuales están codificados en el código A.S.A - B - 31.1, el cual comprende muchos soportes y da las instrucciones para su instalación. Un soporte para tuberías debe tener una base resistente y rígida y además ser de forma apropiada.

La distancia entre soportes variará con la clase de tubería y el número de válvulas y accesorios que tenga la tubería. Los soportes deben ser colocados cerca de los cambios de dirección y particularmente cerca de las válvulas.

1. La luz o distancia entre soportes, no debe ser tan larga que la flecha de la tubería exponga un esfuerzo excesivo en la pared de la misma.

2. La tubería debe inclinarse en sentido descendente de tal manera que cada extremo de la tubería quede más baja.

A continuación se dan algunos espaciamientos máximos para soportes de tubería Ced. 40 cuando está llena con agua a 25° C.

Φ nom. (Pulg

.)1 1 1

2 2 3 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 30

Luz Max. (m) 2.1

32.74

3.05

3.66

4.27

5.18

5.79

6.71

7.01

7.62

8.23

8.54

9.15

9.76

10.5

Los soportes que existen en la industria son muy variados a continuación se dan algunos de ellos:

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Colgantes y soportes para tuberíasLos tubos pequeños y ligeros, en cortos tramos, pueden ser soportados por sus

conexiones a diversas maquinas o accesorios. Para sujetar tubos a postes, columnas, paredes, techos, etc., se usan varios tipos de soleras o flejes metálicos. Los colgantes y soportes para tubería se fabrican para casi cualquier tamaño y tipo de instalación. Las especificaciones ANSI B31.1, Código para tuberías a presión, indican que todos los sistemas de tuberías requieren riostras contra cimbreos, guías y soportes.

Un soporte apropiado para tubería debe tener una base resistente y rígida apoyada adecuadamente y un dispositivo regulable de rodillos que mantenga la alineación en cualquier dirección. Es importante evitar la fricción producida por el movimiento de la tubería en su soporte y que todas las partes tengan la suficiente resistencia para mantener la alineación en todo momento. Los suspensores de alambre, de flejes o cintas de hierro, de madera, los construidos con tubo pequeño y los que tienen un soporte de tubo vertical no conservan la alineación. Los anclajes deben sujetarse firmemente a una parte rígida y fuerte de la estructura de la planta de energía y deben además unirse con seguridad al tubo, de no hacerlo así, será inútil cualquier accesorio para la absorción de la expansión y pueden originarse esfuerzos severos en partes del sistema de tubería. Las ménsulas soldadas de acero se consiguen en pesos ligero, mediano y pesado. Se pueden instalar muchos tipos de soportes sobre estas ménsulas, como la silleta de anclaje, los soportes de rodillos para tubería, los apoyos de rodillos de diversos tipos, asientos para tubo

Los soportes principales utilizados para sostener tubería crítica comprenden suspensores de apoyo constante, suspensores de resorte variable, suspensores rígidos y sujeciones.

RACK PARA TUBERIAS (PIPING RACKS)

La bandeja de tuberías, (Pipe Rack) ó soporte estructural de los haces de tuberías, es una estructura de tipo abierto, formada por pórticos rígidos, los cuales tendrán sus vigas horizontales situadas de acuerdo a los niveles requeridos por las tuberías.

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La estructura para el rack de tuberías, será de acero al carbón, o de hormigón armado, de acuerdo a lo indicado en las especificaciones del proyecto; si se emplea estructura de acero, normalmente se ha de proceder a la protección de esta, contra la acción del fuego; es muy usual, que en este tipo de estructura se aproveche la altura ya obtenida, para colocar los “air coolers”, creando los accesos necesarios y las plataformas para el mantenimiento de los motores y demás equipos eléctricos y mecánicos.Al determinar las dimensiones de la estructura del rack de tuberías, se deben tener presentes las exigencias de soportado de las tuberías de instrumentación y de las bandejas de cables eléctricos.Se dejará un espacio libre entre la parte inferior de la estructura o de la tubería más baja, y la parte superior de la pavimentación, que no será inferior a 2.40m (8´0”) y si atraviesa una carretera, no será menor de 3.60 m (12´0”); el espacio útil ya citado, podrá ser reducido de acuerdo a las normas que se digan por el cliente; la distancia entre soportes del PIPE-RACK, dependerá de:

Las condiciones de instalación de los equipos. Las dimensiones de la planta Del tamaño de los tubos que serán instalados.

Normalmente no será inferior a 6.00 m (20´0”)La altura de los PIPE RACKS en dirección Este-Oeste, será distinta de los que están en dirección Norte-Sur, la diferencia entre ambos puede oscilar de 750 a 900 mm esto dependerá de las exigencias de cada caso.La distancia entre las tuberías situadas sobre el Rack, deberá estar de acuerdo a los estándares o normas del cliente, es conveniente dejar un espacio libre de tuberías, como reserva para establecer futuras líneas; las tuberías calientes deberán estas instaladas en la parte externa del rack de tuberías para facilitar el que puedan ser provistas de compensadores de dilatación o loops en su trazado.Las derivaciones laterales deberán mantener una distancia entre sí, con el fin de evitar que al dilatarse el colector sobre la estructura pueda haber interferencias entre ellas.

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Calorifugadas = Aisladas

La distribución de las tuberías sobre la bandeja del rack, se hará de forma tal, que puedan colocarse otras tuberías en un futuro. Generalmente los colectores de las líneas de servicio, deberán estar montados sobre un lado del PIPE RACK a fin de economizar tubería al situar las estaciones de servicio, con lo que se logra evitar que las líneas que “pican” sobre los citados colectores tengan mayor recorrido.

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La apertura o cierre de las válvulas situadas sobre el PIPE RACK , la inspección de instrumentos y el mantenimiento de elementos mecánicos o eléctricos, puede hacer necesaria la parecencia de plataformas metálicas sobre la bandeja de tuberías, para facilitar el mantenimiento; sus características son reguladas por las especificaciones.

CALCULO PARA EL SOPORTE DE UN RACK DE TUBERIAS.

Cuando se requiere de soportar varias tuberías, se puede diseñar un soporte como el que se muestra en la siguiente figura.

Para el diseño del soporte se utiliza la fórmula:

W = f * e * n + A

Donde:

W = Es el ancho del soporte que se requiere para el soporte de las tuberías.

f = Es un factor de estimación que tiene un valor de 1.5 si la base que se toma para el calculo es el diagrama de proceso y tiene un valor de 1.2 si la base de cálculo es el diagrama mecánico de flujo.

n = Es el número de tuberías.

e = Es la separación media estimada entre tuberías:

e = a 23 cm para tuberías menores de 10 " de diámetro nominal. e = a 30 cm para tuberías mayores de 10" de diámetro nominal.

90

A = Es un espacio adicional para tuberías futuras, también para tubos mayores de 12”, asi como cuando van a ser instalados tubos conduit.

Ejemplo:

Se requiere de un soporte para 12 tuberías de 8" de diam nom. Tómese coma base de cálculo el diagrama mecánico de flujo y un espacio adicional de 40 cm para futuras ampliaciones.

INSTALACION A NIVEL DE PISO

Este tipo de instalación realmente no va a nivel del piso debido a problemas que se pudieran tener, ya que se acumularía tierra y basura a los lados de la tubería, además no se podría dar mantenimiento estando en esta forma. Por lo que la tubería se instala sobre unas bases de concreto que se encuentran normalmente a 30 cm arriba del piso terminado la separación de las bases será de acuerdo a como se mencionó en la instalación aérea.

INSTALACION SUBTERRANEA.

Este tipo de instalación puede hacerse de dos maneras distintas, que son:

1. La primera es escarbando en el piso una zanja y después se le hacen con concreto paredes y piso, cuidando que este piso tenga bases de concreto con una altura de 30cm para facilitar el mantenimiento, a esta tipo de construcción se le llama trincheras, y pueden

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ser tapadas con losas amachimbradas o con rejilla de la del tipo Irving, en esta ultima forma de tapar la trinchera se le debe poner en el fondo un drenaje para cuando llueva.

2. La otra forma de hacer la instalación subterránea es cuando se escarba una zanja y se instala la tubería dentro de ella (la tubería previamente preparada para resistir el ataque del material de relleno así como de la humedad. El tubo puede ser tapado con el mismo material que fue extraído o bien por otro material diferente al de la zona donde se esta instalando la tubería.

Las tuberías de acero enteradas se ven sometidas a ataques físico-químicos del medio

que les rodea y que provoca en ellas corrosión de diferentes tipos que reducen de forma

importante su vida útil si no se protegen adecuadamente. <para la protección es práctica

generalizada enterrar las tuberías con una protección pasiva consistente en un material de

revestimiento protector, cuyas características más importantes deben ser:

- Resistividad elevada.

- Bajo nivel de absorción de agua.

- Baja permeabilidad.

- Resistencia a los agentes atmosféricos.

- Resistencia a esfuerzos mecánicos.

- Resistencia a las altas temperaturas.

- Adherencia al acero.

- Homogeneidad.

De forma generalizada se utilizan materiales de origen plástico. Se trata de cintas

plásticas aplicadas en frío o revestimientos termoplásticos como polietileno, propileno, etc.

de un espesor de 3 a 4 mm. También se emplea un revestimiento interior de epoxi que

reduce el coeficiente de fricción y aumenta su capacidad.

El espesor de las tuberías varían según las presiones, por ello se clasifican según:

- Presión alta B: Mayor de 16 bar.

- Presión alta A: Entre 4 y 16 bar.

- Presión media B: entre 0,4 y 4 bar.

- Presión media A: entre 0,050 y 0,4 bar.

- Presión baja: Menor de 0,050 bar.

Además, se exige que se cumplan, entre otras, las siguientes normas UNE:

60.002: clasificación de los combustibles gaseosos en familias.

60.302: canalizaciones para combustibles gaseosos.

60.305: canalizaciones de acero para combustibles gaseosos. Zonas de

seguridad.

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60.309: canalizaciones para combustibles gaseosos. Espesores mínimos

para tuberías de acero.

El diámetro de la tubería a instalar dependerá de:

- La naturaleza del gas con su densidad características.

- La caída de presión que admitamos, la cual vendrá influenciada por el caudal y la

presión de trabajo.

- La velocidad resultante de circulación del gas.

Todos estos valores influyen, conjuntamente y estrechamente, para determinar el diámetro a instalar

En este tipo de instalación se tiene que calcular el peso del material de relleno que tiene que soportar la tubería ya sea en lb. /pie lineal o en K/m.l.

Para calcular el peso que va a soportar se tiene la siguiente formula:

Wr=C×w×B2

Donde:

Wr = Al peso que va a soportar la tubería en Lb. /pie lineal

C = Es el coeficiente de carga sobre el tubo (este valor se obtiene en tablas)

w= Es el peso especifico del material de relleno de la zanja en Lb. /pie3.

B = Ancho de la zanja en pies.

H = Profundidad de la zanja hasta la parte superior del tubo (como se muestra en la figura)

Valores de w para diferentes materiales de relleno de las zanjas:

Arena seca= 100 Lb. /pie3

Arena ordinaria húmeda= 115 Lb. /pie3 Arena Mojada= 120 Lb. /pie3 Arcilla Húmeda= 120 Lb. /pie3 Arcilla Saturada=130 Lb/pie3.Parte superficial del suelo húmeda=115 Lb. /pie3 Arena y parte superficial del suelo húmeda- 100 Lb. /pie3

VALORES DE “C” PARA SER USADOS EN LA FORMULARelación H/B Arena y parte

superficial del Parte superficial del

Arcilla húmeda

Arcilla saturada

93

suelo húmeda

suelo húmedo

0.51.01.52.02.5

3.03.54.04.55.05.56.06.57.07.5

8.08.59.09.5

10.0

11.012.013.014.015.0

Muy grande

0.460.851.181.461.7

1.902.082.222.342.452.542.612.682.732.78

2.812.852.882.902.92

2.952.972.993.003.013.03

0.460.861.211.501.76

1.982.172.332.472.592.692.782.862.932.98

3.033.073.113.143.17

3.213.243.273.283.303.33

0.470.881.241.561.84

2.082.302.492.652.802.933.043.143.223.30

3.373.423.483.523.56

3.633.683.723.753.773.85

0.470.901.281.621.92

2.202.442.662.873.033.193.333.463.573.67

3.763.853.923.984.04

4.144.224.294.344.385.55

Cuando no se conoce el material se considera 130 Lb. /pie3

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DILATACION DE TUBERIAS

DILATACIONLa experiencia muestra que los sólidos se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. La dilatación y la contracción ocurren en tres (3) dimensiones: largo, ancho y alto.

A la variación en las dimensiones de un sólido causada por calentamiento (se dilata) o enfriamiento (se contrae) se denomina Dilatación térmica.

La dilatación de los sólidos con el aumento de la temperatura ocurre porque aumenta la energía térmica y esto hace que aumente las vibraciones de los átomos y moléculas que forman el cuerpo, haciendo que pase a posiciones de equilibrio más alejadas que las originales. Este alejamiento mayor de los átomos y de las moléculas del sólido produce su dilatación en todas las direcciones.

Dilatación LinealEs aquella en la que predomina la variación en una (1) dimensión de un cuerpo, es decir: el largo. Ejemplo : dilatación en hilos, cabos y barras.

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Dilatación SuperficialEs aquella en la que predomina la variación en dos (2) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo y el ancho.

Dilatación VolumétricaEs aquella en la predomina la variación en tres (3) dimensiones de un cuerpo, es decir: el largo, el ancho y el alto.

Ahora bien cuando la temperatura de un tubo se incrementa o disminuye, hay un incremento o decremento en la longitud y diámetro; el valor de esta expansión lineal o contracción es directamente proporcional a las dimensiones del tubo.

El valor de la expansión lineal o contracción por unidad de longitud de un material debido a los cambios en el rango de temperatura se le llama coeficiente de expansión lineal (C) y no es el mismo para diferentes materiales o para un material dado, ya que normalmente varia al cambiar la temperatura; dicho en otras palabras no es constante a través de un extenso rango de temperaturas; por esta razón es aconsejable utilizar un coeficiente medio de expansión para cada material con aplicación particular para el rango de temperaturas obtenido (este dato se puede obtener de tablas para los diferentes materiales de construcción).

Cuando el coeficiente de expansión promedio es conocido el cambio en la longitud de una tubería se calcula con la siguiente formula:

ΔL=12×Lo×C×(T 2−T1 )

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Donde:

ΔL = Es el incremento en la longitud del tubo.

C = Coeficiente de expansión promedio

Lo = Longitud de la tubería a la temperatura T1.

T1 = Temperatura inicial en °F.

T 2 =Temperatura final en °F.

12 = Es el factor de conversión de pies a pulgadas.

De acuerdo a pruebas realizadas por investigadores, la longitud de un tubo a la temperatura de 32°F hasta 1800°F puede ser calculada por la siguiente formula:

Lt=Lo[1+a( t−321000 )+b( t−32

1000 )2]

Donde:

Lt= Es la longitud de la tubería a la temperatura “t”.

Lo= Es la longitud de la tubería a la temperatura de 32°F.

t = Temperatura final en °F.

"a" y "b" son coeficientes cuyos valores varían según el tipo de material de construcción del tubo.

A continuación se dan algunos valores de “a” y “b”

MATERIAL “a” “b”HIERRO FUNDIDO 54.41 x10-4 17.47 x10-4

ACERO 62.12 x10-4 16.23 x10-4

COBRE 92.78 x10-4 12.44 x10-4

Problema:

Una tubería que tiene una longitud inicial de 458 pies, se va a elevar su temperatura desde 32°F hasta 298°F, determine cual es la longitud final y cual es su incremento, si el tubo es de acero.

97

JUNTAS DE EXPANSION.

JUNTAS DE EXPANSIÓN LAS HAY DE: Plana: de papel tejido y goma. Hasta 250°F. Estriada. No metálica: de amianto tejido. Buena para tuberías revestidas de vidrio o con caras

muy rugosas. Hasta 300 o 400". Metálica: muy diversos metales. Satisfactoria para la máxima temperatura que pueda

soportarla brida o la junta. Estriada. Estriada: metálica con surcos marcados en ambas caras. Requiere menor carga de

compresión que la plana y se obtiene mayor eficiencia que con las planas en muchos casos. Reemplaza a las planas en muchos usos. Muy fina.

Laminada: amianto con encamisado metálico. Muy fina. Espiral arrollada: capas de metal preformado y amianto arrolladas en espiral. Fina.

Tanto estas juntas como las laminadas se usan hasta 850°F. Requieren menor carga de compresión que las sólidas y por lo tanto es más eficiente para altas temperaturas y presiones.

Ondulada: envuelta de metal ondulado relleno de amianto. Para uso hasta 850°F y alta presión. Buena para servicio severo tal como petróleo bruto caliente y productos químicos.. Muy fina.

Amianto insertado: metal ondulado, con las ondulaciones rellenas de amianto. Para usos hasta 850°F pero no más de 600 psi. No apto para petróleo caliente. Fina.

Anillo octogonal y oval: anillos metálicos fabricados de hierro dulce, acero bajo al carbono, acero inoxidable, monel, ínconel, y cobre. Es la más eficiente y cara. La presión interna expande el anillo y crea un autocierre. Es preferida para servicios severos, siendo la octogonal la más frecuente. Muy fina.

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Para absorber las dilataciones y/o contracciones, que sufren las tuberías cuando hay cambios en la temperatura de la misma, se encuentran en la industria unos accesorios para tuberías, llamados juntas de expansión, que entre otros se encuentran las siguientes:

Tipo Fuelle. Tipo deslizante. Tipo omega.

Tipo fuelle

Este tipo de accesorio se fabrica de materiales que pueden ser de acero al carbón, de aceros inoxidables, de elastómeros tramados, etc.

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Para especificar este tipo de junta de expansión, se requiere conocer los siguientes datos:

Temperatura de proceso. Presión máxima del proceso. Características físico-químicas de los fluidos manejados. Si el proceso es continuo o intermitente.

Con los datos anteriores se puede seleccionar la junta de expansión adecuada para el servicio que se está analizando.

100

101

Junta deslizante

Este tipo de junta se fabrica de acuerdo al material de construcción de la tubería donde va hacer instalada; consta de tres partes, una es cilíndrica, llamada macho, la otra es campanada en un extremo llamada hembra y la tercera se llama prensa estopas, ya que cuando se arma la junta de dilatación el espacio que queda entre el macho y la hembra se llama caja estopero, donde se va a colocar un empaque para evitar la fuga del fluido que se esta manejando.

Tipo omega

De este tipo de junta de dilatación se tienen varios modelos, siendo el mas común la de 45°; se fabrica con el mismo tubo que se esta instalando la tubería, previamente se tiene que

102

hacer el diseño y después se hace el trazo en el piso con escala uno a uno, posteriormente con dobladores de tubo y siguiendo el trazo y se va doblando el tubo hasta darle la forma deseada.

Para diseñar este tipo de junta se deben hacer las siguientes consideraciones:

Conociendo el diámetro nominal del tubo se calcula el radio de la omega con la siguiente formula:

R=8Φnom .

Conociendo este valor, se calculan las siguientes relaciones:

A= 3.414*R C=0.828*RB=2.828*R Lt= 9.425*R+2T

T es un tramo de tubo recto para evitar que la soldadura quede en la tangente de la omega.

PROBLEMA

1. Se tiene una tubería de 3” de diam. nom, diseñe una junta de expansión tipo Omega para esta tubería.

2. Se van a manejar 75 m3/HR de un líquido que tiene una Gr. Sp., de 0.95 y una presión de 150 psig , el líquido va a una velocidad de 12.2 pies/seg., el tubo es de acero al carbón y tiene una fatiga de 15,000 PSI.Determine lo siguiente :

El tamaño comercial del tubo.

El No. de Ced. del tubo.

Verifique la Ced. por espesor mínimo.

Si el tubo tiene una longitud de 860 pies, cual seria la longitud final se incrementa la temperatura desde 32°F a 207°F, así mismo cual seria su incremento.

103

Diseñe una OMEGA para absorber esta dilatación.

Considere que se van a colocar 8 tubos iguales, diseñe un soporte para este rack de tubos tomando como base el diagrama de proceso y considere 60 cm de espacio adicional para tuberías futuras.

GOLPE DE ARIETE.

Es la serie de choques de sonido semejante al de golpes de martillo producidos por la detención o amortiguación súbita de la corriente de un Líquido en el interior de una tubería.

Si se cierra de repente una válvula, la energía cinética de la columna del Líquido detenida se gasta, de no haber dispositivos de alivio o de descarga, en comprimir el líquido y en dilatar las paredes del tubo.

Partiendo de la válvula bruscamente cerrada se transmite hacia atrás por toda la tubería una onda de presión incrementada con una velocidad y una intensidad constante. La presión de choque no se concentra en la válvula, pero si se produce una presión de estallido o reventamiento, que puede mostrar sus efectos cerca de ella simplemente porque ahí actúa primero.

La velocidad de la onda de presión para una tubería ordinaria de fundición gris de 2" a 6 " de diámetro, es de 1280 m/seg. Y para un tubo de 24 " es de aproximadamente 1000 m/seg. Esta velocidad depende de la elasticidad del metal y de la relación del espesor de pared al diámetro del tubo (e/d).

Para determinar la presión del golpe de ariete se tienen unas fórmulas, o bien puede ser determinado por medio de una gráfica (que se adjunta al presente capitulo).

Cuando se determina el golpe de ariete en un tubo de fundición gris, se debe tener en cuenta que los tubos de fundición gris se c1asifican por c1ase, y si se requiere saber la fatiga de este tipo de tubo, solamente se multiplica la clase por 100, siendo el resultado la fatiga del tubo.

INTRODUCCION INFORMATIVA.4.1 LINEAS DISTRIBUCION DE VAPOR

Como vimos anteriormente, la línea de distribución genera condensado por la cesión de

energía a la tubería, este condensado debe ser drenado ya que de otra forma se generara

golpe de ariete.

El golpe de ariete es consecuencia del gradual aumento de masas de condensado,

que cuando no es eliminado, forma una barrera compacta en forma de ola, que se arrastra

formando turbulencia a altas velocidades.

104

En el momento en que encuentra un obstáculo (trampa, válvula, filtro o cambios de

dirección), el impacto causado por esa masa se da de forma violenta, provocando alto

nivel de ruido o peor, un rompimiento de las conexiones, accesorios y válvulas de

equipos que representan altos costos de operación. Estos riesgos serán mayores si la

turbulencia formada por este condensado se acumula en puntos bajos, como lo muestra la

siguiente ilustración:

Para evitar los golpes de ariete, se recomienda que la línea de vapor sea drenada

en las siguientes condiciones:

a) Líneas principales a cada 30m.

b) Puntos bajos con sentido de flujo ascendente (Incluyendo derivaciones).

Otra regla importante es establecer una inclinación mínima de la línea en sentido

del flujo, para facilitar la evacuación del condensado hacia las líneas de dren.

Otra situación presente es el arrastre de lodos a través de la línea de distribución,

este problema se puede disminuir con la correcta instalación de las tomas de vapor de la

105

línea principal hacia los equipos. Estas líneas se denominan líneas secundarias y en la

siguiente figura mostramos la forma adecuada de realizar las tomas de vapor de la línea

principal, esto con la finalidad de evitar arrastres de condensado a nuestros equipos de

proceso o a nuestros sistemas de regulación de presión / temperatura.

FORMA EN QUE EL CONDENSADO IMPACTA LOS EQUIPOS

La foto siguiente muestra un claro ejemplo de la fuerza del golpe de ariete, que puede

provocar la fisura o el rompimiento de un filtro y sus partes internas (cedazo).

CorretoCorretoIncorretoIncorreto

Vapor Vapor

CondensadoCondensado

CorretoCorretoCorretoCorretoIncorretoIncorretoIncorretoIncorreto

VaporVapor VaporVapor

CondensadoCondensado

106

La tabla siguiente nos ayuda a realizar el dimensionamiento correcto de la pierna

colectora para determinados diámetros de tubería.

El tipo de trampa recomendada para las piernas colectoras es la trampa Tipo Termodinámica, y debe colocarse lo mas cerca posible de la pierna colectora para evitar la generación de sello de vapor entre la pierna colectora y al trampa.

SISTEMA DE TRAMPEO

Spirax Sarco provee sistemas integrales de trampeo, donde se incluyen 3 válvulas

esféricas de corte, un filtro “Y”, la trampa de vapor, válvula de purga del filtro, y check

mirrilla, ver el siguiente dibujo.

Descarga a La Atmósfera Línea de recuperación

De Condensados

DIÁMETROS CORRESPONDIENTES

D1 2” 2.1/2” 3” 4” 5” 6” 8” 10” 12” 14” 16” 18” 20” 24”

D2 2” 2.1/2” 3” 3” 3” 4” 6” 6” 8” 8” 8” 10” 10” 10”

DN1 1/2”

DN2 3/4” 1” 1-1/2” 2”

L mm. para todas las medidas, utilizar como mínimo 250

Tubería de Distribución

107

La ventaja de manejar los sistemas preensamblados, es la asegurar que se tienen todos

los accesorios necesarios para el buen funcionamiento de la trampa y además, de tener la

capacidad de dar mantenimiento a la trampa sin tener que parar el proceso ó la línea de

vapor. Así mismo, tener la garantía de Spirax Sarco por todo el sistema.

DREN DE CONDENSADOS

Normalmente una trampa para vapor es seleccionada para llevar a cabo el dren de

condensados y gases incondensables bajo determinadas condiciones. Estas pueden

incluir variaciones en la presión de funcionamiento, en la carga de condensado, en la

necesidad de eliminar aire del sistema, en la contrapresión, etc. Algunas trampas pueden

estar sometidas a valores extremos de temperatura e incluso a golpes de ariete, como así

también puede ser esencial su resistencia a la corrosión o a la suciedad.

Todo esto hace que no haya una trampa de aplicación universal, para todo uso. Es

por ello que existen distintos tipos de trampas.

Una trampa mal dimensionada o especificada puede comprometer el buen

funcionamiento de los equipos para calentamiento de vapor, volviéndose la aplicación de

vital importancia para garantizar la eficiencia del sistema. Como normalmente se ignora las

funciones de cada tipo de trampa, debido a sus características, se usa en la gran mayoría

de las ocasiones trampas inadecuadas en los equipos existentes.

La suciedad.- es un factor importante. Se debe a elementos extraños que se

acumulan en la tubería o arrastres de sólidos debido al incorrecto tratamiento del agua de

calderas o deficiente purga de la misma por no contar con purgas automáticas. La

suciedad que se deposita entre obturador y asiento de la trampa impide su cierre, dejando

108

fugar vapor y deteriorando la trampa. Un filtro antes de cada trampa y la limpieza periódica

son fundamentales para evitar pérdidas de vapor y ahorrar energía.

Filtros tipo “Y” Elemento Filtrante

Instalación correcta Para gas o líneas de vapor

Necesidad de la válvula de retención (check):

Se usan en los casos de las trampas tipo flotador y termostato, cubeta invertida y termostáticas.

No impiden la contrapresión, pero evitan que el condensado regrese al proceso. Determinan un flujo unidireccional. Existencia de mirilla check con la ventaja de ver el paso de los condensados.

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Válvulas Tipo Check

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO TRAMPA TIPO TERMODINAMICA

Cuando el condensado subenfriado fluye a través de la tubería este empuja un disco en el

interior de la trampa para que el condensado se desaloje a través de la válvula de

descarga (FIGURA 1). Atrás del condensado viene el vapor, cuando el vapor llega al área

del disco por diferencia de presiones en el área del disco y a la salida del condensado se

produce un flasheo (FIGURA 2) y esta evaporación empuja al disco hacia abajo cerrando

la salida e impidiendo la salida del vapor, hasta que no se condense el vapor flash

atrapado en la parte de arriba del disco este no permitirá la apertura de la trampa.

(FIGURA 3), Cuando se condensa el flash el condensado empuja nuevamente al disco

para que este sea desalojado (FIGURA 4).

FIGURA 1 FIGURA 2

110

FIGURA 3 FIGURA 4

ESPESOR MINIMO

Cuando se requiere conocer el espesor mínimo que debe tener un tubo que va a estar expuesto a una presión interna mas un golpe de ariete, se hace uso de la fórmula del espesor mínimo, solamente que la presión que se debe sustituir en esta fórmula debe ser la suma de las dos presiones, así:

Pt = P + P g.a

Donde:

Pt = Es la presión total en psig .

P = Es la presión a la que va a trabajar la tubería en pisg.

P g.a. = Es la presión por golpe de ariete en pisg.

Quedando la formula del espesor mínimo como sigue:

tmin=Pt×Dext

2 (S+Y×Pt )+c

PROBLEMA

Se tiene un tubo de fundición gris clase 70 que va a trabajar a 125 psig de presión y se espera un golpe de ariete de 150 PSI, el diámetro exterior del tubo es de 12 pulg. Diga cual seria el diámetro interior del tubo si se toma como sobre espesor por corrosión 3/16".

111

ACCESORIOS PARA ABSORBER EL GOLPE DE ARIETE.

Con el fin de evitar el efecto nocivo a la tubería, se tiene un dispositivo para absorber el golpe de ariete, este se instala cerca de la válvula o cerca de los cambios de dirección donde se espera el golpe de ariete.

En la figura siguiente se muestra como se instala el dispositivo que va a absorber el golpe de ariete.

La válvula protege el sistema de bombeo de golpes de ariete causados por el paro repentino de la bomba (debido a un paro eléctrico, por ejemplo). La válvula es una válvula de alivio montada en derivación a la tubería principal, que se abre instantáneamente cuando la bomba deja de operar, aliviando la presión alta de onda negativa. La válvula se cierra lentamente cuando la presión vuelve a su valor estático. La válvula funciona al mismo tiempo como válvula de alivio de presión.

DIBUJO DE TUBERIAS.

INTRODUCCION

Las tuberías constituyen un campo especializado de la ingeniería que se relaciona con el diseño de los sistemas de tuberías utilizados para transportar líquidos y gases en estructuras y plantas de procesos, tales como la refinería de petróleo.

Los dibujos de tubería representan una planta de procesos mediante el uso de símbolos para sus componentes y de líneas simples o dobles para las tuberías. Los símbolos gráficos estándar son de uso común en la representación de los componentes de la tubería, ya que permiten ahorrar tiempo.

Las tuberías para plantas de energía, refinerías de gas y petróleo, sistemas de transporte, plantas de refrigeración, plantas químicas y sistemas de gas y aire están controladas por el Código ANSI para tuberías de presión.

Los dibujos de trabajo representan el conjunto completo de dibujos estandarizados que especifican la manufactura y el montaje de un producto con base en su diseño.

Los dibujos de trabajo son las heliográficas utilizadas para la manufactura de productos. Por tanto, el conjunto de dibujos debe: describir las piezas de manera completa, tanto

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visual como dimensionalmente; mostrar las piezas en un montaje; identificar todas las piezas y especificar las piezas estándar. La información gráfica y textual requiere ser lo bastante completa y exacta para fabricar y montar el producto sin error.

El presente trabajo está basado en la lectura e interpretación de planos de ingeniería de instalaciones industriales y manufactura. Se describirán ciertos aspectos básicos en torno a las tuberías, como los diferentes tipos existentes de acuerdo al material con que se fabrican, las conexiones y accesorios, y los dibujos de tuberías; serán señalados también los diferentes símbolos convencionales de tuberías.

Por otra parte, se hará referencia a los dibujos de detalle y de ensamble. Para ello, se mostrarán diversos ejemplos y se explicará brevemente el procedimiento para la elaboración de cada uno.

En el campo comercial, donde la aplicación practica de los dibujos de ingeniería adopta la forma de dibujos de trabajo, es importante tener en cuenta un amplio conocimiento de los que son los conductos o tubos que se encuentran en la industria para el abastecimiento de gases o líquidos, su fabricación y la representación grafica de cada uno de ellos.

Siempre será necesario, estudiar como los fluidos pueden ser transportados en la industria y como el diseñador o ingeniero lleva a la representación grafica de los esquemas de tuberías de una industria para que así se puedan mostrar con facilidad al fabricante y al consumidor, y poder mostrarle con claridad cada una de sus características esenciales y las normas a seguir para el montaje y la fabricación de cada elemento.

También es necesario conocer los tipos de tubos que se caracterizan por el material del que esta hecho y el uso que realiza en la industria, sus accesorios, las juntas para tubos, soportes para tubos y como se representa en el dibujo.

Entre los muchos campos del dibujo, el dibujo de tuberías es uno en el cual el dibujante tiene grandes oportunidades; el conocimiento del uso de los tubos y los mejores métodos de representación no solo ofrece un campo adicional sino que también sirve para hacer del dibujante más útil en su empleo.

La habilidad para hacer dibujos de tuberías depende de otra clase de conocimientos tales como:

Dibujos de maquinaria, debido a que muchas de las tuberías llegan y/o salen de ellas. Dibujo arquitectónico, ya que en el dibujo de tuberías se requiere involucrar planos

arquitectónicos.

En algunos casos se requiere el dibujo de mapas, debido a que en algunos casos las tuberías cubren grandes áreas.

En suma, hay muchos problemas típicos especiales en el dibujo de tuberías que varían en dificultad desde la selección de una simple conexión al cálculo del flujo de fluidos, dimensionamiento de las tuberías y calculo de esfuerzos en los tubos.

Por muchas razones, las practicas estándar del dibujo de tuberías han sido de lento desarrollo, las practicas aceptadas en una compañía pueden ser no aceptadas en otra, sin embargo, las reglas de proyección también como las practicas comunes del dibujo de maquinaria permanecen validas. Ningún dibujante puede tener éxito si este no esta enteramente familiarizado con las reglas comunes del dibujo.

113

El dibujante de tuberías debe tener en mente que su primera obligación es representar la instalación de la tubería y los detalles como el diseñador los requiere.

Los muchos problemas de ingeniería que se involucran en el diseño de las tuberías son responsabilidad del ingeniero diseñador, sin embargo, una vez que el diseño se ha terminado es la responsabilidad del dibujante seguir las instrucciones del ingeniero y poner en el papel en forma de dibujo información que el trabajador pueda entender.

El dibujante de tuberías puede apoyarse en manuales, catálogos y la literatura de algunas compañías que ponen a disposición de sus clientes.

Los símbolos son el lenguaje del dibujante de tuberías cada símbolo tomado por separado es comparativamente simple y fácil de dibujar, pero debe ser recordado que cada símbolo tiene un significado definido, como lo tiene cada línea; trabajar sin cuidado puede llevar a costosos errores.

DIBUJOS DE TUBERÍASe usan dos sistemas generales: 1) el trazado a escala y 2) el esquemático. Los

trazados a escala se emplean principalmente para tubos grandes (generalmente con bridas), como en las obras de calderas y de centrales o plantas eléctricas, en que las longitudes son criticas, y especialmente cuando el tubo no se corta y ajusta en la obra. También pueden detallarse así los tubos mas pequeños, cuando se preparan las piezas a su longitud final y con sus roscas antes de enviarse a la obra. En los dibujos que se hacen a escala pequeña, como los planos arquitectónicos, los de distribución en planta, etc., o en los croquis, se emplea el sistema esquemático. Siguiendo este sistema, se indican los accesorios por medio de símbolos y los tramos de tubería se muestran por una sola línea, cualesquiera que sean los diámetros de la tubería. Cuando las tuberías conducen líquidos diferentes, o una misma sustancia en distintos estados físicos, se identifican por un código de símbolos. La simple línea que representa la tubería en el dibujo debe hacerse más gruesa que las demás líneas del dibujo. Las vistas se disponen generalmente en proyección ortográfica, sin embargo, resulta mas claro ir girando toda la tubería hasta extenderla sobre un plano y hacer una sola vista desarrollada.

COTASLas cotas que figuran en los dibujos de tuberías son principalmente de situación,

todas las cuales se dan con respecto a los ejes, tanto en los esquemas de línea simple como en la representación de línea doble. Las válvulas y los accesorios se sitúan por mediciones llevadas a sus ejes, y las tolerancias para el armado del sistema se dejan al instalador. Al proyectar una tubería, debe tenerse cuidado de situar las válvulas de manera que sean accesibles con facilidad y que sus volantes de mano dispongan de un amplio espacio libre para su accionamiento.

Los tamaños o dimensiones de los tubos deben especificarse por medio de notas dando sus diámetros nominales, y nunca por medio de líneas de cota sobre el dibujo de los tubos. Los accesorios se especifican por medio de una nota. Una parte esencial importante es que figuren notas muy completas en todos los dibujos y esquemas de tubería.

Cuando es necesario acotar una longitud real de un tramo de tubería, puede calcularse la distancia utilizando las dimensiones exteriores de los accesorios y tomando en cuenta la longitud de entrada de las rocas de los tubos.

114

SIMBOLOS DE SIMPLE LINEA.

Los símbolos de una sola línea normalmente son usados en dibujos de escalas pequeñas, frecuentemente tan pequeñas como 1/8" = l' - 0", pero con frecuencia algunas compañías pueden cambiar las recomendaciones de escala en los dibujos.

A continuación se dan algunos ejemplos de símbolos de una sola línea. (de acuerdo a A.S.A. ( American Standards Association). En los Libros de diseño de tuberías se pueden encontrar mas, símbolos.

Los siguientes símbolos pueden ser usados para diferenciar las diferentes líneas de tuberías.

Agua fría. _______ _ ________ _ ________ _ ________ _ ________ _ ______

Agua caliente. ______ _ _ ______ _ _ ______ _ _ ______ _ _ ______ _ _ ______ _ _

Vacío. _______ v _______ v _______ v _______ v _______ v _______ v ___

Vapor. ________________________________________________________

Condensado. _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c _ _ c

Refrigerante. _______ R _______ R _______ R _______ R _______ R _______ R

115

BY - PASS

SISTEMA DE BOMBEO CON TANQUE ARRIBA DE LA BOMBA

SISTEMA DE BOMBEO CON TANQUE DEBAJO DE LA BOMBA

Los siguientes dibujos son una muestra de cómo se representan ya sea en forma.

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ROSCADO BRIDADO SOLDADO

CODO 90°

TEE

ALEJANDOSE ACERCANDOSE ISOMETRICO

117

SIMBOLOGIA DE VALVULAS

CONCEPTO REPRESENTACION

VALVULA DE COMPUERTA

VALVULA DE GLOBO

VALVULA MACHO

VALVULA MACHO TRES VIAS

VALVULA DE CUATRO VIAS

VALVULA MACHO CUATRO VIAS

VALVULA DE RETENCION

VALVULA DE MARIPOSA

VALVULA DE AGUJA

VALVULA DE BOLA

VALVULA DE DIAFRAGMA

VALVULA AUTOMATICA (FALLA DE AIRE CIERRA)

VALVULA AUTOMATICA (FALLA DE AIRE ABRE)

CONCEPTO REPRESENTACION

VALVULA DE ANGULO

118

VALVULA AUTOMATICA CON POSICIONADOR NEUMATICO

VALVULA AUTO-REGULADA

VALVULA DE SEGURIDAD O RELEVO

VALVULA DE PURGA (CIERRE RAPIDO)

VALVULA DE PIE

VALVULA DE CONTROL DE PRESION CORRIENTE ABAJO

VALVULA DE CONTROL DE PRESION CORRIENTE ARRIBA

VALVULA TIPO “Y”

VALVULA DE ACCION RAPIDA

VALVULA ROMPEDORA DE VACIO

IDENTIFICACIÓN DE TUBERÍAS Y ACCESORIOS EN UN UN DIBUJO DE UN SISTEMA DE FLUJO DE FLUIDOS

OBJETIVORepresentación esquemática de un sistema de flujo mediante:1. Un isométrico de tuberías.2. Un diagrama de flujo.

INTRODUCCIÓNPara representar circuitos de tuberías se emplean con frecuencia los dibujos isométricos, utilizando para ello un papel especialmente diseñado, llamado papel isométrico, en donde se emplea una simbología específica.

119

Procedimiento para el trazo de un isométricoEl procedimiento consiste en girar el objeto un ángulo de 30° en el plano horizontal. Cuando se aplica este procedimiento a un cubo, las tres caras son visibles, para el observador aparecen iguales en forma y tamaño, figura 1. La proyección isométrica de circunferencias y arcos se muestran en la figura 2.

Las proyecciones isométricas se hacen sobre tres ejes con el propósito de mostrar las tres caras principales de un objeto. El eje vertical se usa para proyectar la altura y las otras dos líneas isométricas a derecha e izquierda, formando ángulo de 30° con la horizontal se usan para las longitudes y las anchuras.

Todas las tuberías se identifican con un número dentro de un rombo así como la longitud de cada tramo de tubería. El material de construcción y el diámetro nominal se especifican en la parte superior izquierda (ver dibujo).

120

Los componentes a considerar en un sistema de flujo son:1. Características de los tanques, de alimentación y el receptor: Forma, tamaño, dimensiones, materiales de construcción, espesor, resistencia a la presión.2. Características del fluido: Fase: Líquida o Gas. De dos fases o multifásico. Características de la fase o fases: Densidad, viscosidad, tensión superficial, peso molecular, entre otras.3. Características del flujo; en cuanto a su velocidad: laminar, turbulento o en transición; en cuanto a su medición: volumétrico o másico.4. Características de la tubería: Tamaño o diámetro nominal; espesor de la pared o número de célula; material de fabricación: acero, PVC, acero inoxidable, entre otros.5. El arreglo de sistemas de tuberías se logra mediante diversos accesorios: Unión de tuberías: coples, niples, tuercas unión, etcétera. Desviación de tuberías: codos, Yes, Tes, etcétera. Cambios de diámetro de tuberías: expansiones, reducciones.6. Características de válvulas para regulación o control de flujo: compuerta, globo, mariposa, aguja, etcétera.7. Características del dispositivo mecánico para impulsar el fluido.

INDICACIONES PARA EL TRAZO DEL ISOMETRICO1. Ubíquese en diferentes puntos para visualizar todo el sistema, un lugar recomendando es en la parte superior utilizando la escalera marina cercana a la Torre Destilación.2. Para especificar el diámetro nominal de la tubería mida con un vernier el diámetro externo y determine en tablas el diámetro nominal y el diámetro interno considerando que el material de la tubería es ACERO COMERCIAL CÉDULA 40.3. Numere cada tramo de la tubería siguiendo la dirección del flujo; es decir, del tanque de alimentación al tanque receptor y dibuje en el isométrico las vál-vulas, accesorios y

121

medidores de flujo utilizando la simbología correspondiente.Contenido del informeEntregar:- Isométrico y diagramas de flujo del sistema- Inventario de válvulas y accesorios para cada tramo

Se sugiere usar el siguiente formato para cada tramo de tubería:

En hojas anexas especifique los componentes del sistema:1. Forma y capacidad de los tanques.2. Características de:• Cada motor para 60 ciclos:VoltsRPMPotencia• Cada bomba:MarcaTipoSerieNúmero de grupo o diámetro de impulsor.

Cuando se requiere dibujar las tuberías con doble línea con doble línea con el fin de dar mas detalles, las cotas deben ser colocadas siempre en la línea de los tubos como se muestra en el ejemplo siguiente.

Es muy importante saber que un codo de 90° radio largo tiene una altura con respecto a su eje central de:

A=1.5 Φnom

Ejemplo: Un codo radio largo de 6” de diámetro nominal A =9”

Los codos de radio corto A= diámetro nominal

Ejemplo Un codo de 4” de diámetro nominal A=4”

Para los codos de 45° se procede como sigue:

122

Se sacan tres veces mitades, se suma la primera mitad con la ultima y así se obtiene la altura del codo.

Ejemplo Obtener el valor de C para un codo de 8” de diámetro nominal.

8

4(primera mitad)

2(segunda mitad)

1 (tercera mitad)

Sumamos la primera con la tercera y obtenemos el valor de C=5”

También se puede obtener la altura de un codo de 45° multiplicando el diámetro nominal por 0.625.

C=0.625 * Φnom

Lo visto anteriormente nos sirve para hacer una lista de tubos rectos que se requieren para hacer una instalación.

Ejemplo

Diga la longitud de un tubo recto que se requiere para hacer la instalación anterior si los valores de A, B y C son: 189"; 76" y 105". El tubo es de 4" y los codos son R.L.

Los datos son:

Un codo de 45°; un codo de 90° radio corto, todo el sistema es de 6” de diámetro.

A= 230”

B= 150”

C= 108”

Haga la lista técnica de materiales.

123

IDENTIFICACION DE TUBERIAS.

Con el fin de garantizar la seguridad del personal trabajador y de los visitantes a las instalaciones de las empresas de procesos:

La A S.A. ha aprobado un esquema para la identificación de las tuberías en las plantas de proceso, y esta es la ASA - 13. Este esquema se limita a la identificación de las tuberías de las plantas de proceso sin incluir las tuberías enterradas, ni los tubos metálicos eléctricos (conduit), se incluyen los accesorios, válvulas y recubrimientos de tuberías, pero no los soportes, mensulas u otros accesorios.

124

BREVE HISTORIA.

De la misma manera como los envases de productos químicos deben ser identificados con las etiquetas, las tuberías que conducen fluidos deben ser señalizadas y marcar la dirección del fluido y un código de colores acorde con el tipo de producto transportado.

Existen diversos códigos de colores diseñados para identificar los fluidos (Líquidos y gaseosos) transportados, algunos de ellos como el creado por la American Standard Association (A.S.A).

Dicho código recomienda utilizar los siguientes colores de acuerdo con los productos, así:

NARANJA VERDE GRIS AZULAMARILL

O CAFE BLANCOSe utilizara en tuberías sin aislar

que conduzcan

vapor a cualquier

temperatura, tuberías

que conduzcan

aceite combustible, gasolina, petróleo y combustibl

es en general,

tuberías de escape de gases de

combustión, cilindros y tuberías de acetileno y

tuberías que

conduzcan gas

carbónico.

Se emplea

en tuberías y

ductos para

materiales

granulados etc.

Seguros y para

mangueras de

oxigeno en los

equipos de

soldadura de oxi-acetileno.

Se emplea

para tuberías

de aceites y sistemas de agua

fría, tuberías de agua caliente

con franjas de

color naranja de dos

pulgadas de ancho espaciad

as un metro

entre si. Ductos y

partes varias de sistemas

de ventilació

n y extracció

n de gases, humos,

neblinas,

Se emplea

para tuberías de aceite

y sistemas

de lubricació

n. Tuberías

y cilindros

de oxigeno bajadas

de aguas pluviales, aguas de

pozos profundo

s.

Se emplea en pintar tuberías de aire

comprimido, tuberías

que conduzca

n amoniaco, soluciones alcalinas o

acidas. Estas

tuberías deben de

tener distintivo

para identificar los fluidos.

Se emplea para pintar tuberías de condensad

os de vapor.

Se utiliza este color

en tuberías

que conduzcan refrigerantes y partes varias de

los sistemas de vacío.

125

etc.

La antigua A.S.A una vez convertida en A.N.S.I. , resumió la norma así ( A.N.S.I. A-13.1 ).

AMARILLO VERDE AZUL ROJOSustancias peligrosas, productos inflamables o explosivos (como acetona, acetileno) productos químicamente activos o tóxicos, incluye los corrosivos, productos reactivos, las letras deben ser en color negro.

Para sustancias de bajo riesgo líquidos o mezcla de líquidos, las letras deben ir en color blanco.

Para sustancias de bajo riesgo, gas o mezcla de gases (argon, oxigeno), las letras deben ir en color blanco.

Para agentes extintores, agua, dióxido de carbono, halón, etc. Las letras deben ir en color blanco.

Esta norma define las tuberías como conductos para el transporte de gases, líquidos, semilíquidos o polvo de partículas finas. Los sistemas de tubería incluyen válvulas y cubiertas o camisas de las tuberías.

Los sistemas de tuberías se identifican con letreros que indican el nombre del contenido, completo o abreviado, puede incluir el dato de temperatura y presión (vapor 100 psig, aire 80 psig, etc.), para mayor identificación de peligro. Se utilizan flechas para indicar el sentido del flujo del fluido.

En complejos industriales es posible que se encuentren varias tuberías con el mismo color al cumplir la norma y se trate de fluidos diferentes (ejemplo: acetona, acido c1orhidrico y amoniaco, estas tuberías van de color amarillo), que puede prestarse a confusiones, por 10 tanto se sugiere pintar alas tuberías anillos que cumplan con el código de colores.

Un cambio de colores puede aplicar a criterio de la empresa, siempre que el escogido sea bien conocido por todos los trabajadores de la planta y debe ser señalizada en todas las áreas de la planta en lugares visibles tanto para los trabajadores como los visitantes.

La norma A.N.S.I. (American National Standar Institute), también a creado un sistema de serialización para instalaciones y equipos ANSI Z535-1-1991. El cual es simple y sencillo, ya que al igual que en anterior utiliza un código de colores. A su vez la OSHA ( Ocupational Safety Healt Association), ha indicado los colores para demarcar peligros físicos.

126

Unidas y complementarias las normas de las dos organizaciones se concluye lo siguiente:

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GUIA DE REFERENCIA PARA EL CODIGO DEL COLOR OSHA Y ANSICOLOR DESIGNACION APLICACIONES

ROJO

FUEGO

Designa la ubicación de equipos y aparatos de protección, incluyendo alarmas contra incendios gabinetes de mantas contra incendio, extintores, símbolos de evacuación en caso de incendio ubicación de mangueras contra incendio, hidrantes y válvulas.

PELIGRO

Identifica recipientes comunes de seguridad u otros contenedores portátiles para almacenar líquidos inflamables, ilumina las barricadas y obstrucciones temporales signos de peligro.

PARADAPara marcar las barreras de parada de emergencia en maquinas peligrosas, botones de apagado.

NARANJAPELIGRO

PATOGENO

Para marcar partes peligrosas de maquinas y equipos que pueden cortar, aplastar, golpear 0 I causar otro daño. Para marcar bordes únicamente I de partes expuestas de poleas, engranajes, rodillos, mecanismos de corte, etc. El naranja f1uorescente o el rojo-naranja es usado para significar peligro biológico.

NEGRO PRECAUCIONSe utiliza para marcar peligros físicos los cuales pueden ser posibles al tropezar o caer contra o entre un objeto sobresaliente.

VERDE SEGURIDADSe utiliza para indicar la ubicación de equipos de primeros auxilios y seguridad como mascaras de gas, camillas, etc.

AZUL PELIGRO

Para advertir contra equipos en funcionamiento, uso, movimiento o reparación. También es utilizado para designar signos de información y tableros de nuncios.

MAGENTA/ AMARILLO

RADIACIONPara marcar radiaciones de rayos x, alfa, beta, gamma, neutrones y protones.

BLANCO/NEGRO

BARRERA LIMITES

Para designar aislamiento de trafico, marcación para circulación dentro de las instalaciones, escaleras, líneas de escalones, dirección y limite de bordes y signos direccionales.

A estos colores pueden incluirse características de luminiscencia para facilitar la visión nocturna o en áreas carentes de luz.

CLASIFICACION POR COLORES.

Todas las tuberías se clasifican según la naturaleza del material conducido, así tenemos:

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CLASE DESCRIPCION COLORF (fuego) Equipo de protección contra

incendio.ROJO

D (daños) Materiales peligrosos. AMARILLO O NARANJAS (seguridad) Materiales no peligrosos. VERDE, NEGRO O GRISP (protección)

Materiales protectores. AZUL BRILLANTE

V (valor) Materiales valiosos. PURPURA OBSCURO

ADVERTENCIA:

Los colores de seguridad no eliminan por sí mismos los riesgos y no pueden sustituir las medidas de prevención de accidentes.

Un color mal aplicado puede crear una condición de riesgo al trabajador.

El color se utiliza para advertir a las personas, por tanto, su aplicación dbe hacerse cumpliendo estrictamente con los indicado en la norma NOM-026.

Visibilidad: debe prestarse atención a la visibilidad respecto de las leyendas y marcas en la tubería. Cuando las tuberías localizadas sobre la línea de visión normal. La lectura debe ubicarse bajo la tubería ( ver figura).

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Los colores asignados a seguridad son los siguientes:

   

ROJO  NARANJA  AMARILLO  VERDE  AZUL  PURPURA  BLANCO  NEGRO  

Los colores de seguridad deberán ser establecidos e incorporados durante la etapa de diseño en el proyecto de plantas e instalaciones y, también, cada vez que exista una ausencia o falta de soluciones en este aspecto.

COLORES DE CONTRASTE.

 Cuando se desee aplicar color de contraste, se utilizará los que se muestran a continuación:

   

ROJO  NARANJA  AMARILLO  VERDE  AZUL  PURPURA  BLANCO  NEGRO  

BLANCO  NEGRO  NEGRO  BLANCO  BLANCO  BLANCO  NEGRO  BLANCO  

 . SIGNIFICADO Y APLICACIÓN DE LOS COLORES DE SEGURIDAD

    COLOR ROJO    Es un color que señala peligro, detención inmediata y obligada. 

SIGNIFICADO EJEMPLO DE APLICACION

a) Peligro - Receptáculos de sustancias inflamables.- Barricadas- Luces rojas en barreras ( obstrucciones temporales)

b) Equipos y aparatos contra incendio - Extintores

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- Rociados automáticos- Caja de alarma

c) Detención - Señales en el tránsito de vehículo (Pare).- Barras de parada de emergencia en Máquinas- Señales en cruces peligrosos- Botones de detección en interruptores eléctricos.

Nota : Como normativa para casos específicos, el rojo se combinará con amarillo.

COLOR NARANJA     SIGNIFICADO EJEMPLO DE APLICACION

Se usa como color básico para designar PARTES PELIGROSAS DE MAQUINAS o equipos mecánicos que puedan cortar, aplastar, causar shock eléctrico o lesionar en cualquier forma; y para hacer resaltar tales riesgos cuando las puertas de los resguardos estén abiertas o hubieran sido retiradas las defensas de engranajes, correas u otro equipo en movimiento.

También, este color es usado en equipos de construcción y de transportes empleados en zonas nevadas y en desiertos.

- Interior de resguardo de engranajes, poleas, cadenas, etc.- Elementos que cuelgan estáticos o se desplazan (vigas, barras, etc.)- Aristas de partes expuestas de poleas, engranajes, rodillos, dispositivos de corte, piezas cortantes o punzantes, etc.- Equipos de construcción en zonas nevadas y desérticas.- Interior de tapas de cajas de fusibles, interruptores, válvulas de seguridad, líquidos inflamables, corrosivos, etc.

COLOR AMARILLO    Es el color de más alta visibilidad. SIGNIFICADO EJEMPLO DE APLICACION

Se usa como color básico para indicar ATENCION y peligros físicos tales como: caídas, golpes contra tropezones, cogido entre.

Pueden usarse las siguientes alternativas, de acuerdo con la situación particular: amarillo solo, amarillo con franjas negras, amarillo con cuadros negros.

- Equipo y maquinaria (bulldozer, tractores, palas mecánicas, retroexcavadoras, etc..

- Equipo de transporte de materiales (grúas, montacargas, camiones).

- Talleres, plantas e instalaciones (barandas, pasamanos, objetos salientes, transportadores móviles, etc.).

- Almacenamiento de explosivos.

   

Alternativas de uso del color amarillo.

Amarillo con franjas negrasde 10 cms en ángulo de 45°

Amarillo con cuadros negros

Se utilizan para indicar el riesgo de caídas, atropellamiento, cortadura, golpes o choque contra objetos y obstáculos.

. COLOR VERDE    

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SIGNIFICADO EJEMPLO DE APLICACION

Se usa como color básico para indicar SEGURIDAD y la ubicación del equipo de primeros auxilios.

- Tableros y vitrinas de seguridad- Refugios de seguridad- Botiquines de primeros auxilios- Lugares donde se guardan las máscaras de emergencia y equipos de rescate en general.- Duchas y lavaojos de emergencia

   

Este color se utiliza también como demarcación de pisos y pavimentos en áreas de almacenamiento.

COLOR AZUL     

SIGNIFICADO EJEMPLO DE APLICACION

Se usa como color básico para designar ADVERTENCIA y para llamar la atención contra el arranque, uso o el movimiento de equipo en reparación o en el cual se está trabajando.

- Tarjetas candados, puerta de salas de fuerza motriz.- Elementos eléctricos como interruptores, termostatos, transformadores, etc.- Calderas- Válvulas- Andamios, ascensores

   

Este color se utiliza para advertir el uso obligatorio de equipo de protección personal.

COLOR PURPURA     

SIGNIFICADO EJEMPLO DE APLICACION

Se usa como color básico para indicar riesgos producidos por radiaciones ionizantes. Deberá usarse el color amarillo en combinación con el púrpura para las etiquetas, membretes, señales e indicadores en el piso.

- Recintos de almacenamientos de materiales radioactivos.- Receptáculo de desperdicios contaminados.- Luces de señales que indican que las máquinas productoras de radiación están operando.

COLOR BLANCO Y NEGRO CON BLANCO

           

El color blanco destaca preferentemente la condición de limpieza.

SIGNIFICADO EJEMPLO DE APLICACION

El blanco se usa como color para indicar vía libre o una sola dirección; se le aplica asimismo en bidones, recipientes de basura o partes del suelo que deben ser mantenidas en buen estado de limpieza. Con franjas negras diagonales sirve como control de circulación en accesos, pasillos, vías de tránsito, etc.

- Tránsito (término de pasillos, localización y borde de pasillos, limite de bordes de escaleras, etc.).

- Orden y limpieza (ubicación de tarros de desperdicios, de bebederos, áreas de pisos libres).

   

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El color blanco se utiliza para limitar áreas interiores de tránsito o circulación de personasy de equipos, mediante franjas de 5 a 12 cms.

IDENTIFICACION DE SISTEMAS DE TUBERIAS.   

 

Métodos de identificación.Las tuberías y sus sistemas se identifican mediante:

- Colores- Leyendas- Marcos adicionales y- Combinación de dos o más de estos métodos identificatorios.

   

 

Color.Los colores utilizados en las tuberías deben cumplir con las definiciones y características colorimétricas establecidas en la NOM-026.

El color de fondo debe usarse para identificar las propiedades características del

contenido. Sobre él se colocan las leyendas y/o marcas adicionales.

El color de fondo de identificación de las tuberías, de sus sistemas y la clasificación

de los materiales que identifica, se indican en la tabla siguiente:   

 

Clasificación de materiales y designación de colores.

CLASIFICACION COLOR DE FONDO COLOR DE LETRAS

MATERIALES DE ALTO PELIGRO INHERENTE

Líquidos o gases

Radioactivos

Amarillo

Púrpura

Negro

Amarillo

MATERIALES DE BAJO PELIGRO INHERENTE

Líquidos

Gases

Verde

Azul

Blanco

Blanco

MATERIALES DE PROTECCION Y COMBATE DE INCENDIO

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Agua, espuma, Co2, etc. Rojo Blanco

 

 Nota: Se recomienda el uso de pinturas y materiales que resistan la acción de agentes o ambientes corrosivos, para que la identificación sea durable.

   

 

LeyendasPara permitir una mejor identificación del contenido de la tubería, la leyenda debe estar escrita mediante letras, palabra o el nombre del producto, en forma completa o abreviada, pero fácil de comprender.

Ejemplos: Agua calienteAcidoAire

La leyenda y/o símbolo debe identificar exactamente el contenido, la temperatura,

la presión y otras características importantes de las tuberías, especialmente en los

materiales de alto peligro inherente.

La leyenda debe ser breve, informativa, puntual y simple para lograr mayor efectividad

y debe colocarse cerca de las válvulas y adyacentes a los cambios de dirección,

derivaciones y donde las tuberías atraviesen paredes o suelos y a intervalos

frecuentes en tramos rectos (suficientes para identificarlos claramente).

Se deben usar mayúsculas de tipo corriente, del tamaño indicado en la tabla siguiente:   

 

Tamaño de las letras.

  Dimensiones en mmDIAMETRO EXTERIOR

DE LA TUBERIALARGO MINIMO DELCOLOR DE FONDO

TAMAÑO DE LAS LETRAS

hasta 32de 33 a 50

de 51 a 150de 151 a 250

sobre 250

200200300600800

1520306090

     Marcas adicionales.

Se deben utilizar flechas para indicar la dirección del flujo.

La identificación puede facilitarse mediante el uso de otras marcas o cintas.

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En general se pueden colocar tantas marcas adicionales como sea necesario en

cada caso particular, siempre que esto no provoque confusión.

Para la identificación de uniones y válvulas se recomienda el uso permanente de

tarjetas metálicas.

   

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136

CALCULO DE CABEZALES DE DISTRIBUCION Y/O CAPTACION EN UN SISTEMA DE REDES DE TUBERIAS.

Se llama cabezal a la tubería principal que distribuye o capta los f1uidos de varias tuberías. Existe un método de campo muy sencillo que se basa en las áreas de cada tubería que va a llegar al cabezal, se suman las áreas individuales, posteriormente se obtiene la raíz cuadrada, ajustándose este valor al tamaño comercial del tubo inmediato superior.

A = 0.785*D2

Esta área se calcula para cada tubo y se obtiene el A total = Σ áreas

D=√ A total

Ejemplo.

Calcule el tamaño de tubo que se requiere para el cabezal del dibujo que se da.

De acuerdo a lo anteriormente visto en el presente curso, a continuación se dan algunas recomendaciones generales para detalles de instalación de tuberías y válvulas.

INSTALACIÓN DE VALVULASLas válvulas de manejo frecuente y necesaria su vigilancia o ajuste durante la operación de un sistema deben localizarse de tal manera que sean accesibles desde piso terminado o desde planta permanente.Las válvulas de 2” de diam. Y mayores que sean de manejo poco frecuente, deben ser operadas con cadena o algún otro dispositivo de operación remota cuando su elevación referida de centro de volante a piso terminado o de plataforma, sea mayor a 2.1 m Para válvulas menores de 2” de diam., se permite uso de vástagos con extensión.Las válvulas de uso solamente para bloqueo normal o reparación, que se localice a una elevación de más de 2.1 m y hasta 4.5 m del piso terminado y que estén sobre camas de tubería, no necesariamente deben ser de operación con cadena o algún otro dispositivo de operación remota. Su acceso se puede limitar a escaleras o plataformas portátiles. Las válvulas con esta clase de función y que necesaria su localización a una elevación superior a 4.50 m deben ser operadas desde plataformas o escaleras permanentes.En general los volantes y vástagos de las válvulas deben ser localizados fuera de los pasillos. La orientación de los volantes y manerales deben indicarse en los dibujos de tubería: Cuando no se indique dicha orientación, la instalación en el campo debe ser en el sentido de la mejor operación.Las válvulas que se proyecten para la instalación en trincheras, con los volantes debajo de la cubierta, deben proveerse, en caso necesario, con vástagos con extensión hasta de 10 cm debajo de dicha cubierta.Se debe instalar doble válvula de bloqueo y dispositivo de purga donde juzgue necesario el diseñador, para evitar contaminación de producto o condiciones peligrosas.

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Todas las válvulas que en las terminales de tubería de proceso o de vapor de alta presión no conecten a un sistema, deben preverse, de acuerdo a las especificaciones correspondientes.Las válvulas en las tuberías de proceso y de servicios auxiliares, deben localizarse de tal manera que parte del equipo que se instale en paralelo para una misma función, pueda sacarse de operación para mantenimiento, permitiendo la operación normal de la planta.INSTALACIÓN DE VÁLVULAS DE CONTROL.Las válvulas de control DEBEN localizarse a una altura operable desde el nivel de piso terminado. Las válvulas de control que correspondan a tuberías de instalación muy elevada con respecto al NPT, deben bajarse, según sea el caso y lo permita su función, a posiciones accesibles desde niveles de operación (plataformas o pasillos). Su instalación debe permitir fácil acceso para su calibración y mantenimiento.La tubería de las válvulas de control, debe soportarse de tal manera que dichas válvulas pueda ser fácilmente removidas.A continuación se dan recomendaciones sobre el uso de escaleras o plataformas en válvulas de relevo, para su calibración, inspección y mantenimiento.a).- Para válvulas de relevo, en todas las medidas, localizadas en tuberías instaladas en camas y hasta una elevación de 4.50 m con respecto al NPT, se debe considerar el uso de escaleras portátiles.b).- Para válvulas de relevo de 2” de diam. En la entrada o menor, localizadas a una elevación mayor de 4.50 m con respecto al NPT, se debe considerar el uso de plataformas o escalera permanente.c).- Para válvulas de relevo de 2 ½ de diam. En la entrada o mayor, localizadas a una elevación mayor de 4.50 m con respecto al NPT, se debe considerar el uso de plataforma.Las válvulas de relevo, con tubos de descarga con sentido de flujo hacia arriba, deben tener drenaje automático o manual hacia los cabezales de purga.Las válvulas de relevo, con tubos de descarga con sentido de flujo hacia arriba y a la atmosfera, deben estos extenderse 3.0 m mínimo arriba de la plataforma más elevada en el radio de 8.0 m Al extremo de los tubos debe cambiarse su dirección y alejarse para que la descarga de las válvulas salgan fuera del equipo adyacente.INSTALACIÓN DE VÁLVULAS Y TUBERÍAS EN BOMBAS.Las válvulas de succión y descarga de bombas, deben ser de la misma medida que la tubería correspondiente, excepto cuando se especifique diferente, en los diagramas correspondientes.Las tuberías de succión de bombas deben tener conexión, con válvula para drenaje, localizada en la parte baja, cuando este tipo de conexión no sea conveniente hacerla en el cuerpo de la bomba.La instalación de válvulas de retención (checks), en las bombas centrífugas, debe localizarse entre estas y la primera válvula de bloqueo. En las bombas de descarga vertical, las válvulas de retención se deben proyectar de preferencia, en posición vertical, se puede hacer en la tubería instalada corriente debajo de la válvula de retención-La tubería del sistema de aceite de sello y de agua de enfriamiento de bombas, debe ser de acuerdo con las recomendaciones del fabricante y conforme los requisitos que fije el código API-610, en la parte correspondiente. Los detalles de estos servicios deben mostrarse en los diagramas de flujo aplicables y en los dibujos de instalación de tubería. El agua de enfriamiento con descarga a drenaje, debe ser con descarga al sistema de drenaje aceitoso.En las bombas con conexión de entrada horizontal y con reducción en las tuberías de succión, la reducción debe ser excéntrica e instalarse con la cara plana hacia arriba.

138

Las bombas de etapas múltiples y las de gran capacidad, deben contar con línea de recirculación, conectada de la tubería de descarga a la tubería de succión, para prevenir calentamiento y vibración excesiva.Las tuberías de succión de bombas, en instalaciones nuevas, deben tener coladeras temporales, localizadas entre la conexión de succión de las unidades y la primera válvula de bloqueo. De preferencia se debe usar del tipo cónico. Tipo plano para fluidos muy limpios y tipo “T” para fluidos sucios de acuerdo al esquema. Los arreglos de tubería deben permitir sacar y reemplazar con cirta facilidad las coladeras.Los filtros para trabajo permanente en las tuberías de succión de bombas , deben ser del tipo especificado en los diagramas de flujo y la selección de materiales de acuerdo con el servicio a que están destinados. En la selección de filtros tipo “Y” para un determinado servicio, los materiales del cuerpo, de la canasta y de las conexiones, deben generalmente estar de acuerdo con las especificaciones de los materiales del cuerpo, de las partes interiores y de las conexiones, de las válvulas que en igual medida se requieran para el mismo servicio. Las canastas deben solicitarse con perforaciones, de acuerdo con los diámetros convencionales de los fabricantes y dentro de un rango de 0.64 – 1.143 mm ( 0.025” – 0.045”).INSTALACIÓN DE VÁLVULAS Y TUBERÍAS EN CAMBIADORES DE CALOR.Las válvulas de entrada y salida en los cambiadores de calor, deben proyectarse de la misma medida que las tuberías a que correspondan, excepto cuando se indique diferente en los diagramas de flujo. Su localización debe permitir fácil acceso.Las válvulas para venteo y drene, deben ser de la misma medida que las conexiones correspondientes de los cambiadores de calor, pero en ningún caso deben instalarse en medidas mayores a 1” de diam.Los arreglos de tuberías deben proyectarse de manera que, en caso de falla de flujo, los cambiadores permanezcan llenos de fluido en enfriamiento.La localización de los cambiadores de calor y los arreglos de tubería, deben permitir sacar los haces de tubos. El espacio libre en el frente del equipo para esa operación, debe ser aproximadamente de 1.5 veces la longitud del haz de tubos. El arreglo de cambiadores en línea, el espacio libre debe ser aproximadamente de 2 veces la longitud del haz de tubos.En general la elevación de la tubería inferior de los cambiadores de calor con respecto al NPT debe ser de 30 cm como mínimo, referidas a la parte inferior del tubo. Las elevaciones de los cambiadores de calor sobre el NPT, deben ser determinadas de acuerdo con los requerimientos del proceso. Las elevaciones mínimas y máximas deben mostrarse en los diagramas de flujo correspondientes.INSTALACIÓN DE VÁLVULAS Y TUBERÍA EN RECIPIENTES.En general, la orientación de los recipientes y los arreglos de tubería, deben ser uniformes y de acuerdo con la posición de los accesorios en el quipo. Por ejemplo, es conveniente tener una orientación semejante en toda una planta, de registros de inspección, plataformas, controles de nivel, indicadores de nivel, etc.Los recipientes verticales, deben contar con escaleras de mano o plataformas para el manejo y servicio de válvulas, de equipo e instrumentos, durante la operación .La misma condición debe reunir los recipientes horizontales con válvulas, equipo e instrumentos, a una elevación mayor a 3.0 m con respecto al NPT. En el caso de recipientes de 3.0 m de altura o menor, medida esta del NPT a la parte superior de las unidades, el servicio debe ser mediante escaleras o plataformas portátiles.En los recipientes horizontales o verticales, los registros de inspección con elevación de 4.50 m o menor medida esta de NPT a línea de centro de dichos accesorios, se debe contar con plataforma permanente, solo cuando dentro de esa elevación tengan instalados instrumentos u otras conexiones importantes.

139

Las válvulas de relevo de los recipientes, con descarga a sistemas de recolección cerrados, deben contar con soporte fijo adecuado, para que puedan ser quitadas sin necesidad de instalación de soporte temporal.INSTALACIÓN DE VÁLVULAS Y TUBERÍA EN TORRES DE PROCESO.Los registros de inspección, de preferencia se deben orientar en la misma dirección. Su alineación debe ocupar un segmento del total de los 360º de la circunferencia de la torre, el cual no debe ser usado cuando se tracen las tuberías. La determinación de su elevación debe obedecer exclusivamente a requerimientos de mantenimiento.La elevación de las boquillas de torres de proceso debe determinarse de acuerdo con las necesidades del proceso.VÁLVULAS, TUBERÍAS Y ACCESORIOS.La tubería debe bajarse o elevarse inmediatamente después de su conexión a la boquilla y trazarse paralela a la torre a la elevación de su cambio de dirección a trazo horizontal, debe ser de acuerdo con la elevación de la tubería principal de la planta.Las tuberías de conexión entre boquillas de torres de proceso y equipo de instalación sobre nivel de piso, localizado próximo a la tubería principal de planta, de preferencia se debe proyectar con la misma elevación de ésta.Las tuberías de conexión entre tubería principal de planta y boquillas localizadas en las torres de proceso a una elevación menor que la correspondiente a dicha tubería principal, deben trazarse para su aproximación a ésta, entre 60 cm y 90 cm debajo de su elevación. La misma condición debe regir para las tuberías en igual caso y que vayan a conectar a equipo localizado debajo de la tubería principal de la planta.Las tuberías de conexión entre tubería principal de y boquillas localizadas en las torres de proceso a una elevación mayor que la correspondiente a dicha tubería principal deben trazarse para su aproximación a esta , entre 60 cm y 90 cm arriba de su elevación. Estas tuberías normalmente se deben conectar a la parte superior de los cabezales respectivos.La instalación de válvulas, instrumentos y accesorios, se debe proyectar de manera que se proporcione facilidad para la operación, mantenimiento, seguridad, acceso adecuado y espacios para remoción.Las válvulas de preferencia se deben proyectar conectadas directamente a las boquillas de las torres de proceso. De preferencia, todas las válvulas deben proyectarse operables desde las plataformas de las torres de proceso.Las conexiones para instrumentos indicadores de temperatura o presión, sobre tuberías de proceso, deben localizarse de tal manera que cuando se instalen los aparatos, estos sean visibles por los operadores que vayan a accionar las válvulas que se proyecten sobre dichas tuberías.Las válvulas de relevo de protección de las torres de proceso, deben proyectarse normalmente sobre la tubería superior, Las válvulas de relevo con descarga a la atmosfera deben localizarse sobre la plataforma inmediata superior al cabezal de relevo.Debe considerarse la posición de las tuberías y válvulas, para la localización y diseño de plataformas y escaleras en torres de proceso.Las escaleras de interconexión entre plataformas de una torre de proceso, deben situarse tomando en consideración la accesibilidad a válvulas e instrumentos.Para eliminar interferencias entre la tubería de una torre de proceso y las ménsulas (cartabones) de soporte de las plataformas, se deben diseñar con las ménsulas espaciadas igualmente y alineadas a lo largo de toda la torre.Las plataformas para registros de inspección generalmente deben de uso para operación y de acceso para mantenimiento. Se debe evitar congestionamiento de válvulas e instrumentos sobre las mismas y deben ser de uso también para instalación de conexiones de servicio.

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Para acceso a válvulas que se localicen opuestas a los registros de inspección, se deben diseñar plataformas adicionales.Para mantenimiento de las válvulas de relevo y demás accesorios que se localicen sobre la parte superior de una torre de proceso, se debe proyectar una plataforma.En el caso de dos torres próximas y relacionadas entre sí, para facilidad de operación o mantenimiento, se permite interconectar mediante plataforma. Las plataformas deben ser soportadas de las torres.En el caso de torres adyacentes a estructuras de soportes de cambiadores de calor de recipientes elevados, las plataformas para uso de éstos, deben ser también de uso para acceso a los registros, válvulas e instrumentos de las torres de proceso, siempre que sea posible.NOTA:Una vez terminado el análisis de la tubería de una torre de proceso, la sección especializada en estructuras metálicas y diseño de recipientes, deben revisar la distribución, las afectaciones que ésta pueda causar a la unidad y posteriormente complementar el diseño mecánico con todos sus detalles.Antes de efectuar el análisis detallado de una torre de proceso, debe determinarse si es conveniente soportar sobre la estructura de la torre, los cambiadores de calor y los recipientes. En caso positivo deben proveerse los espacios necesarios para acceso y remoción de equipo, así como las plataformas y pasillos para válvulas e instrumentos.Para el manejo d equipo pesado (válvulas de relevo de gran tamaño, tuberías de diámetros grandes, etc), debe diseñarse un pescante. Para torres empacadas, debe diseñarse en caso necesario, una grúa viajera permanente sobre los registros de llenado.INSTALACIÓN DE VÁLVULAS Y TUBERÍAS EN COMPRESORES.

El diseño de las tuberías en compresores debe incluir suficiente flexibilidad de la tubería, para evitar esfuerzos excesivos sobre juntas o sobre equipos durante la operación.En el diseño de tuberías en compresores deben considerarse los anclajes necesarios para reducir a un mínimo la vibración.Los arreglos de tuberías en compresores, deben permitir acceso rápido y fácil a la unidad para su operación y mantenimiento.Para la operación de compresores y para aislamiento de una o varias unidades de un sistema, las tuberías de succión y descarga, y las válvulas de relevo y venteo conectadas a las mismas, deben contar con válvulas de bloqueo. El bloqueo de las tuberías mencionadas se debe indicar en el diagrama mecánico de flujo correspondiente. Cuando no se indique debe consultarse con el ingeniero de proceso.En las tuberías de descarga de compresores centrífugos, las válvulas de retención (checks) deben ser del tipo silencioso (non-slam).Cuando sean necesarias botellas de pulsación en las tuberías de succión y/o descarga de compresores, sus dimensiones se deben determinar de acuerdo con los requerimientos de operación. El anclaje de dichas botellas y de la tubería, debe ser suficiente y eficaz, para evitar vibración por movimientos excesivos.Todos los compresores de reciente instalación, para inicio de su operación, deben tener en las tuberías de succión, coladeras temporales de tipo cóncico de preferencia. Los arreglos de tuberías deben permitir sacar las coladeras con cierta facilidad.Todas las válvulas de manejo durante las operaciones de arranque y paro de compresores deben proyectarse accesibles desde las plataformas de las unidades o desde los andenes de piso.VENTEOS Y DRENES.Los recipientes y equipos, deben presentar en los diagramas y dibujos correspondientes, acopladas a sus conexiones para venteo y drene, válvulas con tapón macho.

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En casos especiales, cuando los recipientes y equipos carezcan de conexión para venteo o cuando lo juzgue necesario el proyectista de tubería, se deben diseñar venteos como auxiliares para la operación de prueba de dichos recipientes y equipos, únicamente para esa función. También en tuberías de 10” de diam. Y mayores en su parte más elevada.Los diagramas de flujo deben indicar el diámetro de todos los drenes y venteos que sean de manejo durante la operación normal.En todos los venteos o drenes, de manejo durante la operación, se deben instalar válvulas y tapón macho, válvulas y brida ciega o válvula y niple con tapón cachucha, según se requiera; excepto en servicios auxiliares de baja presión (agua, aire y condensado de vapor de agua), en cuyos casos se deben instalar únicamente válvulas sin tapón.Todos los puntos altos y bajos de las instalaciones de tuberías, deben tener válvulas para venteo y drene, respectivamente, excepto cuando indiquen otra cosa las especificaciones particulares del proyecto.Se deben incluir drenes antes y después de cada válvula de control.Los venteos y drenes deben ser de ¾” de diam. Para tubería de 3” de diam. Y mayores de ½ “ diam. Para tuberías de 2” de diam. y menores, excepto cuando indiquen diferente los diagramas de flujo. Para venteos o drenes, en tuberías de proceso con presiones de trabajo superior a 6.86 MPa (70 Kg/cm2), usar doble válvula.Las conexiones de venteo o dren, deben tener suficiente longitud para que sobresalgan del aislamiento, en las instalaciones que lo lleven.Los venteos deben registrarse en aquellas tuberías que vayan a trabajar con fluidos altamente corrosivos o tóxicos.Dentro de esta misma consideración se tendrán las tuberías que se fabriquen con materiales de aleaciones especiales. Cuando se presenten estos casos, se debe consultar con los proyectistas responsables, para confirmar el uso del material especial.RECOMENDACIONES GENERALES PARA TUBERÍAS DE PROCESO.Estaciones de servicio con tuberías de ¾” de diam. Para aire, agua y vapor, deben instalarse en áreas que se consideren de importancia para trabajos de limpieza y mantenimiento. Su localización debe permitir alcanzar las áreas de trabajo con mangueras de 15.0 m ò de 30.0 m de longitud y deben ser accesibles desde NPT o desde plataformas. Cada estación debe contar con válvulas y conexiones adecuadas para el tipo de manguera con las cuales se da el servicio.A continuación se indican las áreas a las cuales siempre es conveniente proveer alguno de los fluidos de servicios.AGUA: En áreas de bombas y equipo que sea necesario lavar durante su mantenimiento.AIRE: En áreas donde son necesarias para su mantenimiento, herramientas de impulso por aire comprimido; tales como: áreas de cambiadores de calor, calentadores, calderas, casa de compresores y plataformas de separadores y recipientes a nivel de los registros de inspección.VAPOR: En áreas de mantenimiento donde sea necesaria la formación de atmosfera inerte y en áreas cercanas a equipo donde se requiera para limpieza. Deben instalarse tuberías de vapor de conexión permanente, provistas con válvulas de bloqueo y de retención, a las tuberías de salida de válvulas de relevo y de chimeneas, que descarguen productos inflamables a la atmosfera. Deben también instalarse tuberías de conexión permanente con válvula de bloqueo, para cámaras de combustión de calderas y calentadores: estas tuberías deben conectar a un cabezal general localizado en áreas no peligrosas.REGADERAS Y LAVA-OJOSEn general, regaderas y lava-ojos, se deben instalar en áreas donde el personal de operación este expuesto a salpicaduras de ácidos, soluciones cáusticas, amoniaco, etc.RECOMENDACIONES GENERALES PARA SISTEMAS DE AGUA.

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Tubería de agua de enfriamiento para proceso.Los arreglos de tubería de enfriamiento para proceso, deben proyectarse en tal forma que en caso de falla de flujo las unidades permanezcan llenas de agua.Los ramales deben tener válvulas de bloqueo próximo a la toma. De preferencia, las tomas de tuberías de 1-1/2” de diam. Y menores deben localizarse en la parte superior de los cabezales.TUBERÍAS DE AGUA PARA SANITARIOS.El agua para servicios sanitarios, regaderas y lava-ojos, cuando no sea de servicio municipal, se debe someter a tratamiento previo, en caso necesario. Debe ser limpia y libre de fierro.Deben instalarse sistemas de tuberías de tuberías de agua caliente para baños, laboratorios de control y en algunas otras instalaciones que lo requieran.SISTEMAS DE PROTECCION CONTRA INCENDIO.La tubería contraincendios, los hidrantes y las torrecillas, deben instalarse como lo indican los diagramas mecánicos de flujo correspondientes y de acuerdo con lo estipulado en la norma y especificación correspondiente.

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TUBERIA DE ACERO INOXIDABLE

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Longitud máxima de 12.8 m ( 42 ´)

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