capítulo 1 fabricación e instalación de tuberia de proceso

MAESTRÍA EN INGENIERÍA DE PROCESOS

IM-570 FABRICACIÓN E INSTALACIÓN MECÁNICA DE TUBERÍAS

INSTRUCTOR: M.C. CARLOS ACOSTA MEJÍA

TEL. (01-222) 229-2645Email: cacosta@mail.udlap.mxhttp://www.udlap.mx/~cacosta

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 2

IMPORTANCIA DE LOS DUCTOS

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 3

IMPORTANCIA DE LOS DUCTOS

C D . D E L C A R M E N

FRONTERA

L A G U N A D ET E R M I N O S

SAN PEDRO

A B K A T U M - A

P O L - A

A K A L - J

A K A L - C

N O H O C H - A

RIO USUMACINTA

3 6 " x 1 1 . 2 K m .

3 6 " x 7 0 . 5 K m .

2 4 " x 1 1 . 3 K m .

2 4 " x 6 . 3 K m .

3 6 " x 8 5 K m .

C P QCD. PEMEX

C P QC A C T U S

C P QN V O . P E M E X

2 4 " x 2 K M . 2 4 " x 2 K M . 1 6 " x 2 K M .

G O L F O D E MEXICO

W

N

E

S

NITROGENO

GAS AMARGO

GAS RESIDUAL

GASOLINODUCTOS

3 6 " x 1 9 K m .

E S T A D O D E C A M P E C H E

A B K A T U M - D

C D G MC D . P E M E XK m . 7 7

A R E A D E T R A M P A SE L B A Y O

C.P.T.G.ATASTA

P L A N T A D E N I T R O G E N O

3 6 " x 9 2 K M . ( L - 3 )

3 6 " x 9 2 K M . ( L - 1 )3 6 " x 9 2 K M . ( L - 2 )1 6 " x 9 2 K M . ( L - 2 )

1 6 " x 9 2 K M . ( L - 1 )

RIO SAN PEDRO

A K A L - C

I N Y E C C I O N

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 4

GENERALIDADES

• Tube (Tubo)- Se especifica por: diámetro externo, diámetro interno, espesor de pared.

• Pipe (Tubería)- Un tubo de acuerdo a normas como ASME B36.10.

• Piping (Sistema de Tuberías)- Red de tuberías, uniones, bridas, válvulas y otros componentes para manejar fluídos.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 5

CLASIFICACIÓN DE LAS TUBERÍAS

Por su proceso de manufactura:

1. Por deformación (sin costura)

2. Fundido sin costura.

3. Soldada (con costura)

Por su uso:

1. Tubería: standard, extra fuerte, doble fuerte

2. Tubería de presión

3. Tubería de línea

4. Tubería petrolera: de revestimiento, de perforación

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 6

CLASIFICACIÓN DE LAS TUBERÍAS

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 7

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Conexiones: de materiales tales como: hierro fundido, hierro maleable, latón, cobre, acero fundido y acero forjado.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 8

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Conexiones

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 9

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas: Para interrumpir, dirigir o regular

el flujo de fluídos en un sistema de tuberías. De operación manual o automática.

• Dependiendo de su uso: interrumpir,regular, antirretorno o alivio de presión.

• Se seleccionan de acuerdo a: Caída de presión, Fugas, Propiedades del fluído, Requerimientos de operación, Costo inicial,Mantenimiento.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 10

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas de Compuerta, para abrir o cerrar, no

sirven para regular el flujo

De cuña sólida : De vástago elevadizo De vástago fijo

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 11

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas Tipo Macho, pueden controlar el caudal con

un mínimo esfuerzo (1/4 vuelta)

Machos multipasos

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 12

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas de Diafragma, para servicios corrosivos,

fluídos volátiles y tóxicos. Limitadas por la temperatura de servicio.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 13

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas de Bola, Son machos modificados, abren o

cierran el flujo, no sirven para estrangulación, operación rápida, usadas en tubería de línea

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 14

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas de Globo, reguladoras de flujo, cierran o

abren mas rápido que las de compuerta

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 15

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas de Aguja, ofrecen un fino control, utlilizadas

en circuitos de instrumentación.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 16

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas de Mariposa, para bajas presiones,

controlan y regulan el flujo, son de operación rápida.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 17

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas Check, antirretorno

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 18

ACCESORIOS DE TUBERÍAS• Válvulas de Control Automático, para altas

presiones, control exacto, neumáticas, automatización, control remoto, ahorra personal en operaciones a gran escala

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 19

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Válvulas de Seguridad, abre y alivia la presión cuando se excede la fuerza del resorte, protege equipos, requiere mantenimiento periódico.

• También se usan discos de ruptura.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 20

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Trampas de Vapor: Descargan el condensado sin permitir el escape del vapor mismo.

• Tipos: flotador, termostática, termodinámica.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 21

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Filtros, Para proteger equipo sensible a la suciedad u otras

partículas que puedan ser acarreadas por un fluído.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 22

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Juntas de Expansión, Absorben la expansión térmica de tuberías en lugares donde los loops de expansión son indeseables. Tipos: Deslizable, Bola, Bellows, Hule

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 23

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Loops en tuberías

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 24

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

Uniones Atornilladas y embridadas

Se usan cuando

• Los componentes no pueden ser atendidos para su mantenimiento en el lugar.

• No se puede soldar

• Se requiere un ensamble rápido

• Se requiere remociones frecuentes de los elementos para su mantenimiento.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 25

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Tipos de Bridas: a) Integral, b) roscada y c) deslizable

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 26

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Tipos de caras de bridas:

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 27

ACCESORIOS DE TUBERÍAS

• Empaques: Para sellar el paso de fluídosentre las bridas por ser mas económico que maquinar las superficies con buen acabado superficial.

• Pueden ser no metálicos o metálicos.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 28

MANUFACTURA DE TUBERÍA METÁLICA FERROSA

• Del mineral de hierro (Magnetita, Hematita, Limonita y Siderita) se separa y concentra la mena de la ganga.

• Los procesos primarios aplicados son:

Reducción directa y

Alto Horno

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 29

REDUCCIÓN DIRECTA• Se obtiene el hierro esponja (hierro con 1 – 2.5% C) a partir de

pellets de mineral aglomerado con carbón en un gas reductor de H2 y CO en reactores. De 10 a 12hrs.

Diagrama del proceso HYL

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 30

ALTO HORNO

• Se reduce el mineral de hierro junto concoque, caliza y aire, obteniéndose arrabio.

• El mineral ingresa al alto horno triturado y aglomerado

• El coque es un agente reductor

• La caliza sirve como fundente para convertir la ganga en escoria

• El aire sirve para quemar el coque.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 31

ALTO HORNO

.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 32

ALTO HORNO

.El arrabio o hierro de primera fusión es una aleación que contiene10% de otros elementos (C, Mn, Si, P y S), particularmente contienede 3% a 4% de C.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 33

ACERACIÓN EN HORNO ELÉCTRICO

• Carga de arrabio o fierro esponja, chatarra seleccionada, fundentes y aleantes

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 34

ACERACIÓN EN CONVER-TIDOR DE OXÍGENO BÁSICO

El oxígeno puro quema las impurezas del arrabio o hierro esponjaque reaccionan con la cal para formar una escoria. Luego se añaden aleaciones de FeMn y FeSi.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 35

ELEMENTOS DE

ALEACIÓN DE LOS

ACEROS

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 36

COLADA EN LINGOTES• Se vacía el acero en ollas y de allí en lingoteras de 8 - 12 ton.

Los lingotes luego se laminan para formar lupias, tochos yllantones.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 37

COLADA EN LINGOTESAcero agitado, • No desoxidado.• De bajo carbono que contiene burbujas de

monóxido de carbono atrapado. • La revolución de las burbujas compensa la

contracción y elimina en cierta forma los rechupes.

• Se utilizan para lámina de embutición profunda.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 38

COLADA EN LINGOTES

Acero Semicalmado,

• Se le agregan Al y FeSi pero no ocurre la desoxidación completa.

• Son de de contenido intermedio de C y se usan para estructuras y placas pesadas.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 39

COLADA EN LINGOTES

Acero Calmado,

• se le añade al molde final Al para desoxidar completamente el acero.

• Al no existir gas la solidificación es calmada yse forman grandes rechupes.

• Las inclusiones suben a la superficie y el acero tiene gran calidad.

• Son aceros de alto C.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 40

COLADA CONTÍNUA• El acero es colado en moldes de cobre

enfriados por agua donde empieza a solidificar a medida que desciende.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 41

HORNO DE CUBILOTE

.Usado para producir fundiciones de hierro de 2.5 a 5 % C

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 42

TUBERÍA SIN COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 43

TUBERÍA SIN COSTURA

• Proceso Mannesman, se pasan tochoscilíndricos recalentados del proceso de colada continua, entre rodillos cónicos y con un mandril se ayuda para abrir el agujero central

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 44

TUBERÍA SIN COSTURA

• Laminador de Punzonar, realiza el agujero en tochos redondos. Laminación helicoidal girando y avanzando la pieza contra un man-dril. El tocho es convertido en tubo grueso.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 45

TUBERÍA SIN COSTURA

• Laminadores cónicos para tubería de dimensiones mayores

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 46

TUBERÍA SIN COSTURA

• Laminador de abocardar, para uniformizar el espesor de pared. Con una reducción de espesor muy pequeña.

El problema con la tubería sin costura es la dificultad de asegurar la concentricidad del interior con el exterior y la dificultad de producir tubería de grandes diámetros.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 47

TUBERÍA SIN COSTURA

• Rolado en Mandril con peregrinos, a semejanza del proceso anterior se produce el agujero central y se monta el tubo en un mandril que luego se rola con peregrinos. Se puede producir tubería de gran diámetro.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 48

TUBERÍA SIN COSTURA• Extrusión Ugine-Sejournet, proceso en

caliente con un mandril que primero perfora al tocho y luego lo extruye a través de un dado.

Aquí la limitante es la longitud del tubo producido.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 49

TUBERÍA SIN COSTURA

• Forja de barra y trepanación, se forja eltocho hasta obtener un diámetro cercano al deseado y luego se lo maquina y trepana para producir la tubería.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 50

TUBERÍA SIN COSTURA• Forja hueca (Erhardt), un tocho se forja con

un agujero ciego y luego se pasa a través de dados para obtener el diámetro y espesor deseados, luego se maquina. Usado para tubería de gran espesor de pared.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 51

TUBERÍA SIN COSTURA• Acabados en frío, para obtener dimensiones

con tolerancias muy precisas, acabados superficiales y propiedades mecánicas.Generalmente aplicado en tubería de pequeño diámetro y pequeño espesor de pared.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 52

LAMINADO EN FRÍO

• Para tubos de pared delgada de hasta 500mm. Consisten en dos bancos de estirar.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 53

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE TAMSA

• Produce tubería sin costura en laminador contínuo hasta 14” y en laminador a paso de peregrino hasta 20”. Su filial italiana produce tubería sin costura expandida hasta de 28” de diámetro.

• Los tipos de productos que Tamsa fabrica dependiendo del uso en la Industria Petrolera son:

� • Perforación (drill pipe), recalcada en sus extremos

� • Revestimiento (casing), con rosca

� • Producción (tubing)

� • Línea (line pipe)

• Accesorios (crossovers, subs, risers y otros)

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 54

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE TAMSA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 55

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE TAMSA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 56

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE TAMSA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 57

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE TAMSA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 58

PROCESO DE PRODUCCIÓN DE TAMSA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 59

LABORATORIO DE CORROSIÓN• TAMSA cuenta con un laboratorio para pruebas de corrosión,

donde según las normas NACE, especificación TM-02 84, se realizan pruebas de corrosión debida a la inducción de Hidrógeno (HIC).

• REACCIÓN : Fe + H2Sà FeS + 2 H+

Una vez separado el hidrógeno, a nivel atómico, se introduce en el acero iniciando su difusión a través del espesor.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 60

LABORATORIO DE CORROSIÓN

Factores que favorecen la resistencia a la corrosión :

• BAJA POBLACIÓN DE INCLUSIONES:

La alta población de inclusiones aumenta la probabilidad de que el hidrógeno se detenga, forme hidrógeno molecular, aumente su volumen, genere presión e inicie una fisura.

• BAJO CONTENIDO DE AZUFRE:

• FORMA GLOBULAR DE LAS INCLUSIONES

• MICRO ESTRUCTURA UNIFORME

• BAJA DUREZA : Reduce la fragilidad del material.

• ALTA TENACIDAD: Es la propiedad de absorber energía por impactos y a su vez una medida de fragilidad del material.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 61

TUBERÍA FUNDIDASe produce básicamente tubería de hierro fundido:

• H. Blanco, con carburos con resistencia a la compresión, dureza y resistencia al desgaste.

• H. Gris, con grafito en forma de laminillas, buena maquinabilidad y resistencia al desgaste.

• H. Nodular, pequeñas cantidades de magnesio o cerio producen nódulos de grafito que le dan gran resistencia y ductilidad.

• H. Maleable, hierro blanco tratado térmicamente para proveer ductilidad.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 62

TUBERÍA FUNDIDA

Fundición en arena:Consta de 6 pasos fundamentales

1. Realización del modelo

2. Preparación del molde de arena

3. Moldeo

4. Construcción de corazones

5. Colado

6. Limpieza

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 63

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 64

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

• El modelo, debe considerar

– Excedentes por contracción

– Excedentes por maquinado

– Ángulos de salida

– Distorsión

– Apoyos de corazones

– Redondeos

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 65

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

• La arena (SiO2 y arcilla) debe ser:

– Refractaria

– Cohesiva y resistente

– Permeable

– Colapsable y Disgregable

• Se usan aglutinantes (arcillas, bentonita, silicatos, cementos, cereales, alquitrán, etc) y agua

• Arena verde y seca (horneada para dar cohesión).

• Se clasifica por tamaños.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 66

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

• El Moldeo,– Se produce la cavidad

– Los respiraderos

– Los rebosaderos

– El canal de alimentación

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 67

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 68

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 69

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 70

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 71

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

• Los corazones, forman las cavidades internas de la pieza, se hacen generalmente de arena seca. Se pueden usar refuerzos de alambre interno, y apoyos externos. Pueden ser huecos y/o tener conductos para la fuga de gases.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 72

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

• Hornos,

– De combustible

– Convertidores

– Eléctricos

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 73

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

• Limpieza de piezas, en tambor o con granalla.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 74

TUBERÍA FUNDIDA Fundición en Arena

• Moldeo en Piso o Moldeo en Fosa,

Se utilizan estos métodos para la fundición de tuberías de gran diámetro y longitud, que no se pueden producir de otra manera por fundición en arena verde

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 75

TUBERÍA FUNDIDA Fundición Centrífuga

• En estos procesos el molde gira mientras se cuela y solidifica el material. La fuerza centrí-fuga ayuda a obtener una estructura densa, buen llenado del molde y mejores detalles superficiales.

• Métodos:– Centrífugo real– Semicentrífugo– Centrifugado

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 76

TUBERÍA FUNDIDA Fundición Centrífuga

• Colado Centrífugo Real, es el mas adecuado para fabricar tubos, no se emplean corazones. Se puede controlar el espesor de pared con el volumen de material colado.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 77

TUBERÍA FUNDIDA Fundición Centrífuga

• Colado Semicentrífugo, con velocidad de giro baja y las piezas obtienen una estructura densa en la periferia y menos densa en el centro (que se puede eliminar por maquinado).

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 78

TUBERÍA FUNDIDA Fundición Centrífuga

• Colado centrifugado, los moldes periféricos se llenan por la fuerza de la rotación y se pueden conseguir espesores de pared delgados.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 79

PROCESOS POR DEFORMACIÓN

• Estos procesos producen piezas con mayor resistencia que los procesos de fundición ya que al comprimirlos se obtienen estructuras densas y resistentes.

• Se clasifican en procesos:

– En Caliente

– En frio

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 80

PROCESOS POR DEFORMACIÓNEn Caliente

• Arriba de la temperatura de recristalización

• No se cambia la dureza o ductilidad

• Las impurezas se alinean (estructura fibrosa)

• Se cierran los poros

• Se requiere menos fuerza

• Se producen geometrías mas complejas que en Frío

• Requiere herramientas resistentes al calor

• Se producen óxidos superficiales

• No se pueden mantener tolerancias estrechas

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 81

PROCESOS POR DEFORMACIÓNEn Frío

• A la temperatura ambiente. Está precedido por el trabajo en caliente y sirve para dar medidas y acabados finales

• Se obtiene endurecimiento, fragilidad y mayor resistencia a la cedencia.

• Se obtienen propiedades direccionales

• Las fuerzas son mayores

• Retorno elástico

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 82

PROCESOS POR DEFORMACIÓNRolado

• El metal se comprime por la acción de rodillos y los granos se alargan en la dirección del rolado.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 83

PROCESOS POR DEFORMACIÓNRolado

• Trenes de laminación, se diseñan para el laminado de un tipo de producto particular en gran serie.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 84

• Acero Rolado en caliente, se hace a partir de lingotes. La tendencia moderna es hacerlos a partir de colada contínua

PROCESOS POR DEFORMACIÓNRolado

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 85

• Acero rolado en Frío, es el proceso posterior al rolado en caliente y se consiguen espesores pequeños. Se producen láminas que primero se decapan y al final del proceso se limpian y luego pueden tener un revestimiento protector.

PROCESOS POR DEFORMACIÓNRolado

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 86

• Estirado en Frío, es el proceso de acabado en productos rolados, para darles dimensiones finales.

PROCESOS POR DEFORMACIÓNRolado

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 87

• Es el formado de metal por aplicación intermitente de presión. Se realiza en caliente o en frío.

• Se puede realizar con dados abiertos o cerrados

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 88

• Forja en dados abiertos

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

•Piezas grandes•Tolerancias grandes•Dados económicos•Lotes pequeños

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 89

• Forja en dados cerrados

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

•Piezas pequeñas•Lotes grandes•Serie grande•Tolerancias estrechas

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 90

• Los dados, son herramental hecho de acero para trabajo en caliente AISI H13 resistente al impacto, duro en caliente, resistente al desgaste y maquinable.

• Trabajan precalentados para evitar la fatiga térmica y mantener caliente el trabajo.

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 91

• Las máquinas para la forja son:– Martinetes

• Mecánicos• Hidráulicos• Neumáticos• De Vapor

– Prensas• Mecánicas• Hidráulicas

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 92

• El Recalcado, o cabeceado es aplicar presión en el extremo de una barra para producir el ensanchamiento o perforación

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 93

• Recalcado de Tubería

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 94

• Diferentes procesos de forja

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 95

• Costo

PROCESOS POR DEFORMACIÓNForja

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 96

• Un tocho metálico es sometido a presión y forzado a salir por la abertura de un dado, adoptando su forma.

PROCESOS POR DEFORMACIÓNExtrusión

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 97

• Acabados Superficiales típicos

PROCESOS POR DEFORMACIÓN

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 98

• Es el proceso previo para la obtención de tubería con costura. Se realiza en frío obteniéndose un cilindro.

– Figs 105 y 106

PROCESOS POR DEFORMACIÓNRolado de Placa

M

MM

M M M

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 99

• Para los materiales dúctiles, se les aplica una fuerza que supera su límite elástico. El retor-no elástico se compensa con sobrecurvado o curvado a menor radio.

Se usa para todos los diámetros y espesores de pared

PROCESOS POR DEFORMACIÓNCurvado de Tuberías

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 100

• Curvado por tensión, el dado doblador gira llevando

al tubo asegurado sobre él.

PROCESOS POR DEFORMACIÓNCurvado de Tuberías

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 101

• Curvado por compresión y en prensa, el tubo se comprime sobre el dado fijo.

PROCESOS POR DEFORMACIÓNCurvado de Tuberías

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 102

• Curvado por rolado y por estirado

Para grandes espesores de pared Así se elimina el retorno elástico

PROCESOS POR DEFORMACIÓNCurvado de Tuberías

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 103

• Máquinas especiales, curvado por inducción, para tuberías de hasta 32” de diámetro.

PROCESOS POR DEFORMACIÓNCurvado de Tuberías

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 104

• Se aplican fuerzas mas allá del límite elástico del material para eliminar esfuerzos residuales de procesos anteriores

PROCESOS POR DEFORMACIÓNEnderezado

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 105

TUBERíA CON COSTURA

• Se produce a través de rolado de placa y posterior soldadura para formar el cordón de la costura.

• Sin metal de aporte• A tope por forja• Eléctrica, resistencia de baja frecuencia, alta frecuencia

e inducción de alta frecuencia• Laser

•• Con metal de aporteCon metal de aporte• Arco sumergido• Metal-arco-gas• Arco de tungsteno y gas

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 106

• Soldadura contínua a tope por forja, las placas salen de un horno a temperatura de soldadura y luego pasan a través de rodillos de formado y rodillos de soldadura.

• Se aplica una gran fuerza para lograr la soldadura. La temperatura debe ser constante a lo largo de toda la unión.

• Se utiliza para tubería de acero de bajo carbono.

TUBERíA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 107

TUBERÍA CON COSTURA

• Soldadura Eléctrica por Resistencia, se pasa una corriente eléctrica a través de dos piezas comprimidas que se unen por el calor generado y la presión ejercida.

• Los metales de resistencia alta como los aceros no son difíciles de soldar, se puede incluso generar temperaturas que traten térmicamente el acero antes de soltar la presión.Se requieren superficies limpias.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 108

• Soldadura Eléctrica por Resistencia,

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 109

• Soldadura de Costura, consiste en una serie de soldaduras por puntos que se traslapan. Se usan rodillos como electrodos que corren a lo largo de la costura.

• Las superficies a soldar deben limpiarse, desoxidarse y desescamarse totalmente.

• Una buena costura es mas resistente que el metal base.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 110

• Soldadura por costura

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 111

• Soldadura por resistencia a alta frecuen-cia, utiliza una corriente de 400kHz que pue-de atravezar películas de óxido y genera pe-queñas zonas afectadas por calor. Espesores de hasta 1” en tuberías de hasta 50” de dia.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 112

• Soldadura por Inducción a alta frecuencia, se genera corriente de alta frecuencia en la tubería a través de un campo inductivo, que genera el calor necesario para la soldadura.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 113

Ventajas y limitaciones:

• En tubería de gran diámetro se prefiere la resistencia por alta frec. ya que se pierden la corrientes en la superficie exterior.

• El proceso de alta frecuencia es veloz (hasta 30m/min con 600KW).

• Muy adecuados para aceros, Al, Cu, Ti, Ni.

• Las altas frecuencias estan cerca de las frecuencias de radio.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 114

• Soldadura eléctrica por flash, proceso por resistencia eléctrica que eleva la temperatura de la unión para generar la soldadura con rebaba. Se pueden soldar tuberías de 36” y conexiones de acero de alta resistencia.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 115

TUBERÍA CON COSTURA• Soldadura por Láser, utiliza el calor generado por un rayo de

láser de alta concentración de potencia (105-107 W/cm2). El proceso se realiza sin o con gas protector y sin aplicación de presión. El rayo de luz del láser es coherente y monocromático.

Ventajas que ofrece la soldadura por láser: • la luz no presenta fenómenos de inercia, • alta concentración de energía, • no se necesita una atmósfera especial, • las partes a unir no necesitan una sujeción rígida, • no necesita electrodo o material de aporte, • se pueden conseguir cordones muy delgados, • se pueden conseguir soldaduras precisas (en posición dimensión y penetración), • muy poca contaminación• la zona afectada por calor es muy delgada. Hay que tener presente también que la soldadura por láser requiere de un

alineamiento muy preciso de las partes, que el costo está en el orden de 10 veces el costo de capital de una soldadura por arco.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 116

TUBERÍA CON COSTURA

• Láser de rubí. El tubo flash produce luz de xenón o de kryptón en pulsos que duran 2 milisegundos. La luz es roja. No es posible obtener luz láser continua por el excesivo calentamiento del emisor.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 117

TUBERÍA CON COSTURA• El láser de CO2 usa una mezcla de gases CO2, He y N. La excitación

del gas es por medio de una descarga de alto voltaje y pequeña corriente eléctrica. Las moléculas de CO2 emiten los fotones que recorren la cámara excitando otras moléculas de CO2 estableciendo una reacción en cadena. La longitud de onda es de 10.6µm que no ofrece los mismos peligros que las ondas más cortas.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 118

TUBERÍA CON COSTURA

Las variables del proceso son:

• Potencia del rayo.- A igualdad de diámetro de rayo se obtiene mayor penetración cuanto mayor es la potencia del rayo.

• Diámetro del rayo.- Determina la densidad de la energía.

• Absortividad.- La eficiencia de la soldadura depende de que tan bien absorbe la energía el metal base. La absortividad del metal es una función de la resistividad eléctrica.

• Velocidad de avance.- El rayo debe tener el tiempo suficiente para establecer la penetración y tener buena velocidad de avance para evitar que la nube de gas (plasma) atenúe al rayo.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 119

• Soldadura por arco sumergido, se genera un arco eléctrico entre el metal base y el electrodo sumergido en fundente granular. No existe presión pero si metal de aporte.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 120

• Soldadura por arco sumergido. En el pro-ceso se funden el metal y el fundente que flota encima evitando el contacto con el aire del metal fundido y reaccionando con las impurezas. Solidifica formando una escoria.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 121

• Soldadura por arco sumergido. Confinado a posiciones horizontales, es totalmente auto-matizable. Se sueldan bien aceros de hasta 0.29%C, de baja aleación y al Cr (0.5 - 9%).

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 122

Soldadura Metal-Arco-Gas (MIG), de arco eléctrico con gas protector inerte.

• El metal de aporte funciona como electrodo.

• Es rápida, versátil yautomatizable en todas las posiciones.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 123

Soldadura Metal-Arco-Gas (MIG). • A mayor corriente mayor penetración, mayor tasa de

deposición y tamaño del cordón.• La polaridad directa (+ al electrodo) proporciona

buena penetración y arco estable.• Excesivo voltaje causa porosidad y bajo voltaje un

cordón delgado• Con baja velocidad de avance se forma el arco entre

el electrodo y el metal depositado que genera poca penetración, con alto avance se genera deposición insuficiente.

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 124

• Soldadura Metal-Arco-Gas (MIG).

• Efecto de la posición del electrodo

• A mayor diámetro del electrodo mayor amperaje necesario

TUBERÍA CON COSTURA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 125

• Soldadura Metal-Arco-Gas. El efecto del gas protector

• El CO2 es mas barato pero no respalda bien el arco y se disocia en O2y CO y deben añadirse desoxidantes a la soldadura (electrodo connúcleo de fundente)

TUBERÍA CON COSTURA

Argón Argón-Helio Helio CO2

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 126

TUBERÍA CON COSTURA

Soldadura TIG, con un electrodo no consumible de tungsteno protegido por un gas inerte.

• El gas inerte sostiene el arco y protege al metal fundido.

• En el caso de aceros al carbono se utiliza generalmente para el cordón de raíz con la aplicación de insertos consumibles como metal de aporte.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 127

TUBERÍA CON COSTURALimitaciones• produce menores tasas de

deposición de material que los procesos de electrodo consumible,

• en el caso manual requiere operarios más hábiles,

• para espesores mayores a 3/8” (9.5 mm) es menos económico que los procesos de electrodo consumible

• se crean inclusiones de tungsteno si el electrodo entra en contacto con el metal fundido.

Ventajas:•produce soldaduras de gran calidad libre de salpicaduras,• se puede utilizar con o sin metal de aporte, • se puede aplicar distintos tipos de fuentes de poder,• suelda diferentes metales,• provee control preciso de calor,• el monitoreo visual del proceso no está obstruído por gases o humos.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 128

TUBERÍA CON COSTURAEl gas protector• Se utiliza argón predominantemente.

• Es el gas inerte mas barato, con bajo potencial de ionización y es 1.4 veces mas pesado que el aire lo que hace que lo desplace creando una buena protección.

• El helio por otro lado es menos pesado que el aire y hace mas difícil iniciar el arco y requiere caudales mayores.

Configuración de la soldadura como

efecto de la corriente

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 129

TUBERÍA CON COSTURAEl Electrodo• No consumible está hecho

de tungsteno o aleaciones de tungsteno.

• El mas común es una aleación de 2% Tho2-W. El torio es radiactivo y ello implica tener cuidado al afilar los electrodos y no inhalar los gases.

• Los electrodos de tungsteno con itrio poseen buenas características para el arranque del arco. Ver ANSI/AWS A5.12.

Configuraciones de uniónseleccionadas. a) Inserto Y, b) Doble bisel opuesto, c) Doble bisel por un lado, d) Inserto tipo rondana y e) Unión tipo J.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 130

PRESENTACIÓN DE TUBACERO• Tubacero es una compañía privada mexicana con mas de 55

años de servicio. Se especializa en la manufactura de tubería de acero al carbono con costura longitudinal. Emplea soldaduras del tipo: Resistencia eléctrica (ERW) y de doble arco sumergido (DSAW) en diámetros externos que varían en el rango de 6 5/8” a 150”

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 131

PRESENTACIÓN DE TUBACEROPROCESO DE MANUFACTURA DE PLACA

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 132

PRESENTACIÓN DE TUBACEROITEM Diameter Lenght Thickness Steel Cap

PLANT in ft in grade Process Ton/Year

Plant I 20 - 48 51 up to 0.938 X-80 DSAW 250,000 Plant II 18 - 36 51 up to 0.562 X-80 ERW/DSAW 150,000 Plant III 6 5/8 - 16 60 0.5 X-80 ERW 50,000 Plant V up to 150 40 2.5 X-80 DSAW 9,000

• ERW no puede garantizar una soldadura para espesores mayores a½” debido a que el calentamiento no es uniforme, por eso se tiene que usar el doble arco sumergido. ERW produce rebaba y necesitanormalizado.

• Se requieren pruebas estrictas de rayos X en los extremos debidoa que allí se aplica la soldadura circunferencial.

CAP I - FABRICACIÓN DE TUBERÍAS 133

PRESENTACIÓN DE TUBACERO